相信很多關心航空發動機發展的讀者們都聽過這樣一個斷言：航空發動機不好是因為材料不行。材料是問題之一，但難題是多方面的。一臺民用發動機需要無故障地、穩定地工作3萬小時，在工作過程中，一方面轉速極高（每分鐘約15000轉），需要承擔葉片本身重量1萬倍的離心力；另一方面，燃燒室溫度達到1800K以上，與之對照，目前熔點最高的鎳基高溫合金初熔點不到1600K。

今天，我們來盤點一下民用航空發動機制造的四個難點。

↓↓航空發動機爆 炸圖↓↓

1

對安全性和可靠性要求極高

在極端的工作條件下，民用航空發動機需要穩定地工作3萬小時，預計未來要求能達到穩定工作10萬小時以上。為了確保航發的安全和可靠，兩個實驗必不可少——拋鳥實驗、吞冰實驗。

↓↓拋鳥實驗↓↓

美國2009年哈德遜河迫降是航空史上有名的事件，當時飛機出故障的原因，正是在紐約機場起飛一分鐘后兩個引擎均受鳥撞擊而失去動力，最后不得不迫降在哈德遜河。

↓↓吞冰實驗↓↓

2

每分鐘15000轉，承受巨大離心力

發動機葉片每分鐘轉速大約在15000~16000rpm之間，此時，轉動葉片的離心力相當于葉片重量的10000倍。更為直觀地說，航空發動機1個葉片榫頭（工作葉片和渦輪盤相連的部分）所承受的離心力高達約150kN，大約15噸。

3

燃燒室溫度1800K以上，超過高溫合金熔點

↓↓航發各部分金屬材料分布↓↓

民機發動機燃燒室的溫度達到1800~1900K，鎳基高溫合金的初熔點大概也就在1300℃左右，也不到1600K。

↓↓鎳基高溫合金在高溫下比強度較其他金屬更高↓↓

發動機葉片的工作溫度已經遠遠超出了合金的熔點，為解決這個問題，可以采取幾大技術。

1、冷卻

早期葉片多為實心，隨著鑄造技術的進步，葉片發展為定向（單晶）空心無余量葉片?？招臍饫淙~片的出現，在降低葉片重量的同時，可讓冷空氣可進入腔內冷卻。

上文提到單晶葉片，在此不妨稍微離題，介紹下國內單晶葉片的生產水平。單晶葉片是航發零件中生產工序多（40~60道工序）、周期長、合格率低的一種零件，其生產的關鍵設備包括熱處理爐和單晶爐。一級航空熱處理爐在生產葉片時爐內溫度在1330℃，爐內任意兩點溫度差處于正負3℃范圍內，這種熱處理爐國內尚無法生產，單晶爐的供應面臨著類似狀況。根據《經濟半小時》報道，2015年，成都航宇成功突破技術難關，成為國內首家單晶錸合金葉片達到量產標準的企業。

↓↓單晶鑄造渦輪葉片的微觀結構↓↓

2、繼續提高合金承溫能力

↓↓渦輪葉片的成形工藝和晶相結構↓↓

3、熱障涂層（Thermal Barrier Coating）

熱障涂層本質是一層陶瓷涂層，此概念于上世紀50年代提出，80年代技術取得重大突破。

熱障涂沉積在耐高溫金屬或超合金的表面，對于基底材料起到隔熱作用，降低基底溫度，使得用其制成的器件（如發動機渦輪葉片） 能在高溫下運行，并且可以提高器件（發動機等）熱效率達到60%以上。

4、17級風速下，火焰還需穩定燃燒

↓↓渦扇發動機發動機氣流控制↓↓

正文到此結束，附上彩蛋，北航校長關于航發研發的一段講話：

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■ 資料參考｜騰訊視頻、知乎@Killer40等