袁岚峰：中国造不好航空发动机，曾经我也以为是材料问题

 

导读：材料不行是症状，而不是病因。

 

精彩呈现：

 

众所周知，航空发动机是我国一个巨大的软肋。究竟弱在哪儿呢？包括我在内的很多人都听过这样的说法：中国航空发动机不好是因为中国的材料不行。然而最近，我看到一篇“乘风航空”的文章《中国航空发动机不行到底是不是材料不行？》，发现事情远远比这复杂得多！

 

 

实际上，材料不行是症状，而不是病因。每当发动机出故障，比如叶片断裂或者涡轮破裂，人们的第一反应就是材料不行。但材料为什么会断裂？归根结底是因为材料承受不住外界施加的载荷。而我们真的了解在这种工作状况下载荷有多少吗？真的了解材料能承受多少载荷吗？这些才是深层原因。

 

有一个专业术语叫做材料设计许用数据，包括我在内的很多人都没听说过。它指的是各种材料在不同温度下的力学性能数据以及各种条件下的氧化/腐蚀性能数据，甚至还包括特殊环境服役数据和物理化学特性，例如耐冲蚀性能、密度、热导率、热膨胀系数等等。

 

 

这些许用数据是怎么来的呢？这需要通过正确的测试方法，从多批次的测量中获得，而且还要给一个置信区间。我国有这样的材料数据库吗？有，但不全面。一些数据由于测试时间短、测试条件不正确或者测试样本量不够，其实是不准确的。拿着错误的数据进行发动机设计，那最终反映出来的，就是材料问题。

 

 

发动机的研制过程包括很多步，而其中我们最欠缺的地方就是需求定义，即定义好需求，确认好工作场景，全面整合需要达到的技术指标和详细的单项技术要求。

 

 

以燃烧室为例，我们要定义燃烧室需要达到的温度、来流气量和温度、燃烧效率、排放标准、燃烧室出口温度分布等，定义这些是为了确定燃烧室设计采用多少个头部、分配多少冷却气、采用何种结构的固定方式等。但是问题往往就出在这一步上。涡轮到底要多少冷气从燃烧室内机匣的预旋喷嘴引走，才能使涡轮叶片不超温？燃烧温度和火焰筒长度到底要达到多少，才能满足排放标准？火焰筒壁面冷却结构到底要达到多少的综合冷效，才能满足气量分配？……得，问题越来越多了，要设计简直无从起笔。

 

为什么会这样？因为提出需求要有强大的基础学科成绩和多年的经验数据积累，达到知其所以然的境界。现在的情况是，我们提的指标只要细细一推敲就会发现，我们到达了一个更加广阔的未知领域，而这个未知领域的尴尬反过头来会对需求提出质疑，从而让我们不断的否定自我，不断的重新分解需求，最后进入了摸着石头过河的两难境地。高科技的确需要不断地尝试和摸索，但是别人是摸索10%的未知，而我们是摸索80%的未知，那出错和失败的概率就大大增加。

 

 

所以，引进国外成熟高端人才并不是要他们在一个技术领域弄出个屠龙秘籍，而是需要他们把我们的需求讲清楚！有了明确的需求定义，才知道要做什么，要攻克什么难题。

 

看到这儿的时候，我想起了钱学森、郭永怀。他们对我国最大的作用就不是解决哪些具体的技术问题，而是明确两弹一星的需求，这种战略作用是无论多少常规人才都无法代替的。

 

此文后面还说了我国在很多环节的不足，包括设计工具的不足、设计体系的不足、原型制造的不足、系统集成的不足、试验体系的不足，最后说到试营业和经营管理的不足。一个重要的问题是：

 

航空发动机是工业品！

航空发动机是工业品！

航空发动机是工业品！

 

是工业品就得考虑效率，考虑成本。我们现在还在说老师傅手艺好，打出来的零件精度高，其实这根本不是工业品应该出现的思想。如果你问我，航空发动机和芯片哪个是工业皇冠上的明珠？我觉得现阶段是芯片，因为我们的航空发动机还没完全考虑如何降成本，如何更高效的生产，还在把发动机当艺术品来生产，那你别说他是明珠了，他连索额图都不如……

 

 

最后的结论是：我国航空发动机的落后是多方面的，虽然材料的落后是一个因素，但是设计的落后是一个更大的原因，包括设计数据、设计体系工具、设计制造协同等等。空谈材料实在是头痛医头、脚痛医脚，结果只能是事倍功半。

 

 

材料是我们的上限，设计是我们的下限。

 

 

所以，我辈任重而道远。

 

视频链接：

西瓜视频：https://www.ixigua.com/7063323805040509472

本视频发布于2021年2月11日，播放量已达26万

 

作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

 

来源： 风云之声