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航空渦扇發動機工業皇冠上的明珠有多難造

2024-01-23科學

渦扇發動機,這顆工業皇冠上的明珠,其制造材料之高端令人驚嘆。它選用了如鎳基合金、鈦合金等材料,這些材料在相同質素下,價值堪比黃金。然而,渦扇發動機的價值遠不止於此。制造難度之大,使得全世界能勝任的國家寥寥無幾。渦扇發動機的理論基礎看似簡單,實則研發過程極其復雜。

大量空氣進入壓氣機壓縮升壓,隨後送入燃燒室燃燒,推動渦輪機高速轉動。然而,實際研發中的挑戰遠超理論。例如,發動機燃燒室的工作溫度高達1700攝氏度,而大部份金屬在這樣的溫度下會直接融化。葉片還需在每分鐘15000轉的轉速下承受自身質素1萬倍的離心力,這就需要熔點和硬度都極高的材料。更大的挑戰在於燃燒室溫度與推力的關系。溫度每增加100攝氏度,發動機的推力就能提升8%左右。這意味著,為了制造更大的發動機,需要找到更高端的材料。

航空發動機的直徑可以達到三米左右,風扇葉片的高度超過了一米。在高速離心力下,這些風扇葉片極易被撕碎。除此之外,航空發動機是精密儀器,一台發動機需要近30萬個零件。這些零件的裝配要求是零差錯,精度要求控制在千分之一毫米。僅這一項精準裝配技術就能難倒很多國家。制造完成後,發動機還需要經受數千小時的暴力測試來驗證效能。航空發動機是飛機的心臟,直接影響飛機的可靠性和經濟性。它是一個國家工業科技的重要體現,是真正的高端制造業的標誌。