導讀:材料不行是癥狀,而不是病因。
精彩呈現:
眾所周知,航空發動機是我國一個巨大的軟肋。究竟弱在哪兒呢?包括我在內的很多人都聽過這樣的說法:中國航空發動機不好是因為中國的材料不行。然而最近,我看到一篇“乘風航空”的文章《中國航空發動機不行到底是不是材料不行?》,發現事情遠遠比這復雜得多!
實際上,材料不行是癥狀,而不是病因。每當發動機出故障,比如葉片斷裂或者渦輪破裂,人們的第一反應就是材料不行。但材料為什么會斷裂?歸根結底是因為材料承受不住外界施加的載荷。而我們真的了解在這種工作狀況下載荷有多少嗎?真的了解材料能承受多少載荷嗎?這些才是深層原因。
有一個專業術語叫做材料設計許用數據,包括我在內的很多人都沒聽說過。它指的是各種材料在不同溫度下的力學性能數據以及各種條件下的氧化/腐蝕性能數據,甚至還包括特殊環境服役數據和物理化學特性,例如耐沖蝕性能、密度、熱導率、熱膨脹系數等等。
這些許用數據是怎么來的呢?這需要通過正確的測試方法,從多批次的測量中獲得,而且還要給一個置信區間。我國有這樣的材料數據庫嗎?有,但不全面。一些數據由于測試時間短、測試條件不正確或者測試樣本量不夠,其實是不準確的。拿著錯誤的數據進行發動機設計,那最終反映出來的,就是材料問題。
發動機的研制過程包括很多步,而其中我們最欠缺的地方就是需求定義,即定義好需求,確認好工作場景,全面整合需要達到的技術指標和詳細的單項技術要求。
以燃燒室為例,我們要定義燃燒室需要達到的溫度、來流氣量和溫度、燃燒效率、排放標準、燃燒室出口溫度分布等,定義這些是為了確定燃燒室設計采用多少個頭部、分配多少冷卻氣、采用何種結構的固定方式等。但是問題往往就出在這一步上。渦輪到底要多少冷氣從燃燒室內機匣的預旋噴嘴引走,才能使渦輪葉片不超溫?燃燒溫度和火焰筒長度到底要達到多少,才能滿足排放標準?火焰筒壁面冷卻結構到底要達到多少的綜合冷效,才能滿足氣量分配?……得,問題越來越多了,要設計簡直無從起筆。
為什么會這樣?因為提出需求要有強大的基礎學科成績和多年的經驗數據積累,達到知其所以然的境界。現在的情況是,我們提的指標只要細細一推敲就會發現,我們到達了一個更加廣闊的未知領域,而這個未知領域的尷尬反過頭來會對需求提出質疑,從而讓我們不斷的否定自我,不斷的重新分解需求,最后進入了摸著石頭過河的兩難境地。高科技的確需要不斷地嘗試和摸索,但是別人是摸索10%的未知,而我們是摸索80%的未知,那出錯和失敗的概率就大大增加。
所以,引進國外成熟高端人才并不是要他們在一個技術領域弄出個屠龍秘籍,而是需要他們把我們的需求講清楚!有了明確的需求定義,才知道要做什么,要攻克什么難題。
看到這兒的時候,我想起了錢學森、郭永懷。他們對我國最大的作用就不是解決哪些具體的技術問題,而是明確兩彈一星的需求,這種戰略作用是無論多少常規人才都無法代替的。
此文后面還說了我國在很多環節的不足,包括設計工具的不足、設計體系的不足、原型制造的不足、系統集成的不足、試驗體系的不足,最后說到試營業和經營管理的不足。一個重要的問題是:
航空發動機是工業品!
航空發動機是工業品!
航空發動機是工業品!
是工業品就得考慮效率,考慮成本。我們現在還在說老師傅手藝好,打出來的零件精度高,其實這根本不是工業品應該出現的思想。如果你問我,航空發動機和芯片哪個是工業皇冠上的明珠?我覺得現階段是芯片,因為我們的航空發動機還沒完全考慮如何降成本,如何更高效的生產,還在把發動機當藝術品來生產,那你別說他是明珠了,他連索額圖都不如……
最后的結論是:我國航空發動機的落后是多方面的,雖然材料的落后是一個因素,但是設計的落后是一個更大的原因,包括設計數據、設計體系工具、設計制造協同等等。空談材料實在是頭痛醫頭、腳痛醫腳,結果只能是事倍功半。
材料是我們的上限,設計是我們的下限。
所以,我輩任重而道遠。
視頻鏈接:
西瓜視頻:https://www.ixigua.com/7063323805040509472
本視頻發布于2021年2月11日,播放量已達26萬
作者簡介:本文作者袁嵐峰,中國科學技術大學化學博士,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員,中國科學技術大學科技傳播系副主任,中國科學院科學傳播研究中心副主任,科技與戰略風云學會會長,“科技袁人”節目主講人,安徽省科學技術協會常務委員,中國青少年新媒體協會常務理事,中國科普作家協會理事,入選“典贊·2018科普中國”十大科學傳播人物,微博@中科大胡不歸,知乎@袁嵐峰(https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8)。
來源: 風云之聲
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