航空發動機有多難造？裡面1600攝氏度在燒，外面一點都不燙手

航空發動機是各種航空器的動力來源，也是現代工業皇冠上的明珠。之所以這麼稱呼，是因為航空發動機的研製涉及到諸多學科，比如熱能動力、材料，如果材料領域無法達到要求，再優秀的設計也無濟於事。舉個例子，普惠公司的F119發動機上使用的CMSX-10材料比二代產品提高了60度左右，用於壓縮級定子使用的耐熱阻燃鈦合金加入了特定比例的Cr和C元素，根據普惠資料，材料上的進步讓F119發動機在渦輪進口溫度上實現了1900K的超越，從而得到的就是更大的推力。

目前大部分航空發動機都是屬於燃氣渦輪型，民用客機的發動機突出的安全性和可靠性，而軍用發動機在這個基礎上還追求更大的推力，以及開加力時的最大推力。由此可見，航空發動機領域中最強者必然是軍用航發，而軍用發動機算是人類科技的巔峰之作。具備研發、製造和生產航空發動機的國家一般都不輕易出口自己的技術，只出口發動機成品，有的甚至連維護都需要送回原產國。

複製拆解難

航空發動機難以製造的特點首先體現在複製拆解難，一款汽車、航空器的外形可以通過反向測繪進行複製，汽車就不用說了，複製起來更是信手拈來。航空器外形複製也是有的，比如圖-160和B-1B轟炸機，但發動機的複製如果沒有圖紙介入，那根本是不可能的。比如目前波音737客機上使用的主流發動機CFM-56系列發動機，從1974年首次運轉到今天，一共生產了超過2萬台，波音、空殼主打的單通道客機幾乎都用了。

拆解CFM-56時就會發現，發動機葉片上指甲蓋大小的地方覆蓋著許多小氣孔，如果沒有圖紙定位，完全沒法對其進行複製。一旦氣孔打的位置不對，會直接影響葉片散熱，那麼複製品的整體性能就下降了。GE公司憑藉CFM-56的技術基礎，研製了覆蓋各種機型使用的發動機，與普惠展開直接競爭。

材料製造難

航空發動機其實也很簡單，以經典的CFM-56發動機為例，包括低壓壓氣機、九級高壓壓氣機、一級高壓渦輪和四級低壓渦輪，中間還有一個環形燃燒室。但是就是這些結構，工作的溫度、壓力環境不一樣，就說明其使用的材料是不同的。以渦輪葉片為例，工作環境上千攝氏度，一分鐘數萬轉，使用多種金屬混合製造，而且比例也各不相同。

因為在靠近燃燒室的葉片承受的溫度較高，材料也用得耐高溫，稀有金屬元素的比例就不一樣。如果全部使用統一耐高溫材料，那麼單價就高了，經濟性就差，對於商業化運營的民用客機發動機最好是又便宜又好用。

同理，除了渦輪葉片之外，發動機各個部件所用的材料也是不一樣的，波音737使用的CFM-56發動機渦輪為高溫合金打造，其他部分有的使用了複合材料。目前比較流行的是樹脂基複合材料，普惠的F-119外涵道機匣就用這個材料，可耐400攝氏度溫度，而成本也可以得到控制。

加工精度高

如果有了先進的材料和圖紙，也不代表能夠製造出一台優秀的航空發動機，因為加工工藝是最後的攔路虎。一台CFM-56發動機航空發動機的風扇直徑僅為1.55米，長度為2.5米，如此小的空間內要產生86千牛的推力，可想而知其加工工藝有多麼複雜。

從小的方面看，以目前主流單晶渦輪葉片為例，精鑄工藝要求是0.1毫米的誤差，這樣才能保證每個葉片都可以正常工作。要讓各種合金材料放在一起加工，就需要掌握高溫合金的加工技巧和焊接工藝。同時，發動機轉子、葉片在工作時處於高速運轉，工藝不到家就意味著發動機磨損很快，壽命不長，直接影響經濟性。

工藝的高要求同時也促進航空發動機運行的效率，還是以葉片為例，GE公司搞了一種無縫對接式葉片，在發動機葉片外端有一個特殊材料製成的軟體，在葉片工作時可與外環結構無縫對接，提高發動機的工作效率。這樣的軟質材料對加工工藝的要求是非常高的，不僅要保持穩定性，還要經濟、不用太多的保養。不然提高發動機效率的同時，也加重了地勤的負擔，在經濟帳上表現不夠明顯。

綜上，從逆向測繪、材料和加工工藝角度看，航空發動機應該說是工業工程領域的皇冠，是一國科技實力的標識。

西方發達國家都把航空發動機當成自己的招牌，美國、俄羅斯自不用說的，發動機領域這兩家的技術沉澱無人能夠撼動，英國在自廢武功之後，仍然有羅羅這樣領軍企業。中國的發動機工業目前仍然處於追趕階段，隨著太行正式列裝量產型殲10B，優於CFM-56的新一代CJ1000A渦扇發動機開始研製，中國的航發實現了小步快跑。

出品：科普中國

製作：川陀太空

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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