为什么航空发动机那么难造？

为什么？咱别的不说，网络上有很多航空发动机的图片，您先自己瞅瞅。

好家伙一个大铁桶，中间一个叶片状的风扇，四周围密密麻麻爬着您看都头皮发麻的各种线路和管子。

别的不说，就这外形，就已经告诉您，这玩意他就不是一般人能搞定的，设计图纸估计就得论吨算。

可是小编可以明确的告诉您，航空发动机其实最难压根就不是什么设计，最难的是材料问题。

说个事您就明白了。

弗兰克·惠特尔估计这个名字，很多小伙伴就没有听过，但搞航空发动机的人，就没有一个不知道的。

这位老先生，是英国人，是他最早提出喷气式飞机的发明人。

老先生打小就喜欢飞机，尤其是在第一次世界大战的时候，他亲眼看到了，飞机在空中进行近战格斗的场景，打这里起他就对飞机产生了浓厚的兴趣。

您都不知道，老先生十六岁的时候，就考入了英国皇家空军见习学校，毕业之后就进入到了克兰威尔的皇家空军学院学习。

在这里学习的时候，他就发现当时的活塞发动机已经发展到了巅峰，他已经不适应飞机高速的发展需求。

所以他从这个学院毕业的时候，写的毕业论文就是有关涡轮喷气式发动机的工作原理。

这套原理到现在都没有变，先是吸进去一口空气，这口空气经过一个双面离心压缩机进行压缩，往单管燃烧室内喷油燃烧，燃烧后的高压燃气驱动涡轮带动压气机，接着这些东西就从尾喷管喷出。

您就看哇，飞机的屁股不是蓝汪汪他就是红丢丢的，这个时候飞机就可以获得一个很大强度的推力。

还还不算，这位老先生还经过一系列的推算，推导出了发动机热力学的基本方程式，随后他还提出，飞机可以让他的巡航高度拔高到三万五千米。

三万五千米啊，这胆绝对够肥的，您要知道上个世纪五六十年代，美国人给小弯弯开着他们的U—2高空侦察机，最高才飞两万两千两百五十米的高度。

这可是五六十年代，而老先生提出的理论是在二十年代末期，您说说。

就这U—2高空侦察机有一段时间，让小弯弯肆无忌惮的跑到咱这里窥视。

没法子，就这个高度，是我们的飞机无法企及的高度，当然最后被我们用智慧加导弹给揍了下来。

这说的有点远了，咱接着说。老先生提出喷气式飞机可以拔高到三万五千米，当时他的年龄才二十三岁。

说道这里，估计很多小伙伴怀疑：“喷气式发动机不是德国人搞出来的吗？好像没有英国人什么事？”

小编说的问题就在这里，当时老先生提出这个概念之后，四处奔波，很多厂商压根就不看好老先生的东西和设计方案。

最后只落了一个申请专利的地步，就戛然而止了。

当然了这里头有老先生设计超前的原因，再有一个就是在当时材料不好找的原因。

别的不说，1937年四月十三号的时候，他在朋友的资助下，造出了第一台发动机。

但这第一台发动机因为材料的问题，工作一直不稳定，尖啸的声音大就不说了，还有解体的危险，最后所有的合作者都离开了。

后来老先生一直憋着劲在1938年的四月份，做出了第二台发动机，但很可惜的是，仅仅稳定工作了两个小时，这台发动机在燃烧中就解体了。

为什么会这样呢？还是材料问题。

到了1939年二战爆发了，英国开始支持老先生的研究。支持是支持落到实处之后，老先生的发动机在1940年七月份可以稳定工作了。

到了1941年的时候，英国的第一架喷气式飞机可以试飞了，当时还拉着丘吉尔进行了演示。

但让您绝对没有想到的是，在演示的时候，老先生作为发明人，居然没有被列入邀请之列。

所以这个大力支持，仅仅是停留在表面而已。

直到1945年的八月份，德国人把他们的Me262喷气式战斗机率先投入到战场上使用。

英国人伸着脖子，惊讶的张大了嘴巴，瞪着一双圆溜溜的眼睛，一副不可思议的模样：“啊！这！啊！这这……原来是真的，这东西可以飞的这么快，太牛了！”

“好像，我们也有这东西，真不好意思！”

“那……我们大力支持好了，赶紧的让他做出来！”

“其实我们已经大力支持了！”

“那还等什么？这次要更大力的支持！快去！别在耽搁了！”

于是老先生十分痛心的捂着心口，在之前很长一段时间里头，他手里一直攥着最先进的技术，结果德国的飞机最先飞到了天上，而且是一飞冲天，惊掉了所有人的下巴。

到了1948年，英国政府这才公开承认了老先生的贡献，并封了爵士，晋升为准将。

当然这些不是重点，重点在于研发发动机的过程中，老先生一直为材料问题苦恼。

那么问题来了，材料咋就卡住了航空发动机呢？

您自己想想，发动机喷的是火苗子，那温度可不是一般的高，啥材料能抗的住，在这种高温高压下工作？普通材料，时间一长，全得给你融化了。

别的不说，就德国人造的那种喷气式飞机，他的发动机也只能使用五十个小时，这就得拆下来进行大修。

五十个小时能干啥？也就打个七八场战斗吧，这要是不收手回头就要发生空中停车的事故。

您怕不怕？

而到了二战末期的时候，德国人已经没法生产优质的钢铁材料，以至于这种发动机的工作寿命，已经下跌到了十个小时到二十个小时的时间。

就这点时间，打上个三次战斗，发动机就得歇菜了。

所以困扰航空发动机的，并不是什么原理和设计，任何大胆的设计都能设计出来，最麻烦的是，你的设计有什么材料能扛得住才成。

如今的发动机，也就抗个五百到一千个小时。

说道这里，问题就来了。这些发动机到了使用寿命，也没见他们有融化的极限，咋就不能使用了呢？

要想了解这事，咱就得从微观来了解了。

首先我们都是九年义务教育走出来的战友，都明白任何物体都是由分子或者原子构成的。

就拿一块钢铁来说，几个铁原子你塞进去一个碳原子，这就叫钢。如果塞的过渡，这叫生铁，如果塞的少了这叫纯铁。

而我们用的只能是钢，不能是别的东西，纯铁啦，生铁拉就不能用。

好了，有了这个知识垫底，下边就好解释了。

当然，在解释之前，还得普及一个小知识，分子和原子是运动的，而且是无时无刻都在运动的，那么这种运动随着温度升高他运动的越激烈。

好吧，发动机在喷火的时候，必然会出现这么一个现象。

一喷火，温度急剧上升，包裹火苗子的铁壳子，温度随之上升。

“热啊！太热了！”于是钢铁内的原子开始活跃起来，剧烈的运动起来。

那么这个时候，您拿着放大镜瞅上一瞅，就会发现，原来几个铁原子加一个碳原子的结构出现了不稳地，有些地方多了几个碳原子，有些地方少了碳原子。

啊！难题出现了，一块叫做钢铁的东西，在局部，有些地方成了纯铁，有些地方成了生铁。

这是钢铁吗？您告诉小编是不是这样的？

好吧，这还不是最麻烦的地方，最麻烦的地方，因为这种运动，有些地方他没有分子了，出现了空洞。

别以为不可能，当然这种空洞您是拿肉眼看不出来的，而在宏观上却有了变化，这件发动机的外壳他变长了。

就问您怕不怕？

而这一现象就被叫做融变，那么这种事情他是不可逆的，一旦发生了，就没法逆转，所以发动机离报废也就不远了。

这也是为什么？二战德国造出来的喷气式发动机，最好的也只有五十个小时的使用时间，到了他们造不出更加优质的钢铁，他们只能造出使用时间为十个小时到二十个小时的发动机了。

当然如今也开始解决这个问题。

材料军工们，把这些个原子啦分子啦，给拉伸到一个放大的级别，变成了一个个的单晶体，单晶体比原子和分子抗热，至少他会待在原来的位置上。

于是单晶体不断叠加，在宏观上我们就看到了发动机的各种材料。

这也让我们的材料可以抗五百多个小时，甚至达到一千个小时。

但问题是，晶体和晶体之间也是有缝隙，刚出来的材料，缝隙和缝隙之间可以说是天衣无缝的，但随着使用的温度不断的摧残下，晶体和晶体之间也会出现加大加宽的裂缝，以至于出现空洞，当然这种空洞我们肉眼是看不见的。

到目前为止这种单晶体的微观结构在温度摧残下的变化，还是没法抑制的。

当然了，这种融变也会让发动机的外壳变长。

不管怎么说吧，如今从原子结构被拉到了晶体结构，让材料抗高温有了质的飞跃，还是值得庆幸的。

展望未来，很多科学家，想要把这种晶体结构，在发展壮大，变成一块材料就是一个单晶体结构。

那么在这种情况之下，温度在怎么摧残，因为是一个晶体，就不会出现滑动，裂缝也就谈不上了。

好吧，发动机的材料成为了一块单晶体，想象都可怕，也就是科学家们敢想一下，至于我们能不能看得到，见鬼了，这东西完全不可预知的。

这说的有点远了，咱接着往下说。

而如今的航天发动机，能抗的住上千度的高温，他们采用了钛合金，当然了钛合金有很多种的，想要找到一种合适的配比材料，您得投入多少精力？

反过来说说我们的发动机，这么些年来，您以为航空发动机困扰我们的是设计吗？这个世界有啥设计能难倒我们中国人的？

难倒我们的是材料，这东西不是说一下子就能搞出来的，而是经过了几年，几十年，甚至是上百年的经验积累出现的成果。

所以材料这东西，他不是发明出来的，他是经过了时间的摸索，经过了数以万计的各种材料不同配比调制出来的东西。

这些个东西，就算是相同的原料，重量不一样调制出来的材料，他的性质都是千差万别，就算是原料相同，重量也一样，各个环节的温度不一样，调制出来的材料，他的特性也是天差地别的。

所以材料这东西，不是一朝一夕就可以弄出来的。

当然了，我们也没有必要气馁，您要知道我们国家1949年建国，到现在才多少年，之前的时间当中，我们那有材料这个积累呢？现如今咋样了？

虽然发动机不如人家，那又咋样呢？也不看看我们才走了几年，一开始我们还没有发动机呢？所以这种差距随着时间的推移，我们会弥补上来的。

时间在我们这里，而不是他们哪里，要有信心的。

咋说呢？如果材料问题解决了，您还得面临另外一个问题。

啥问题呢？用什么样的工具可以对这块材料进行切割，最终切出符合我们要求的形状？

怕了吧，您造出了非常坚硬，还抗高温抗腐蚀的材料，心情非常高兴，那么问题来了，您要用一个比他更加坚硬的工具把这货给切开。

这就是为什么，在工具切削领域中，有一个名称叫“难加工材料”。

您听听这名字，科学家都这么说，就知道对于材料的切削也是一个大的领域。

其实每年对于材料切削的工具，他的论文没有一百也有八十。

切削工具咱就不说了，还有航空发动机这玩意属于高精密的东西。

说个数据您就明白了，目前航空发动机使用的叶片，他的单边余量要控制在0.05到0.1毫米，而铸造这种叶片的合格率也只有75％，怕不怕吧？

这还不是最难的，就这种叶片他不是说造出来，而是您想象不到用生长的方法给长出来的。

没相到吧，而这种单晶叶片可不是什么生物，而是实实在在的金属——镍钨合金。

这种长出来的合金材料比同等质量的黄金都要珍贵。

所以航空发动机最要命的地方，不是什么设计图纸，而是材料，您有多高的材料，您就能在这么高的材料上发挥你的想象设计你的图纸。