材料之殇：材料对中国科技发展的限制有多严重？
前面提到的芯片产业，涉及了很多的新材料，共同铸就了顶级芯片的科技门槛！但是这些新材料单独拿出来时，其实并没有那么神奇，比如电子级氟化氢，就是浓度特别纯而已，电子级单晶硅，同样也就是纯度特别高。但今天，咱们说的这个材料技术可真就了不得，单凭一己之力直登科技巅峰。各位键盘侠们注意，不管中国刷出什么神器，你只管往发动机上喷，基本不会错的太离谱。这一招在几年前百试不爽，在未来两三年内，应该还勉强管用，再往后呢我就不保证了。都说航空发动机是工业皇冠上的明珠，那到底它“明珠”在哪？这个话题专家们可以给你噼里啪啦讲上一大堆，咱们啊，才疏学浅，就用白话文给大家单说最难的这一点。依照惯例，我们从小学知识说起。发动机向外喷射的东西越多越快，产生的推力呢也就越大，学术点说，这叫动量守恒定律，截至目前这一刻，所有的航空航天发动机都是这个原理，靠扔东西产生推力。但是呢，燃油啊炸药啊这些工质的爆炸速度已经接近分子间传递信息的理论极限了。如果基础物理不突破，那么为了提高推力，就只能拼命往发动机里塞更多燃料。燃料一多，空气就不够烧了，所以又得装个“抽风机”吹风来努力供应空气。这个，这就是发动机的基本原理：压缩更多的空气来供给更多的燃料燃烧。现在，问题就出在这个抽风机上。这台“抽风机”的学名叫高压压气机，和后面的涡轮连成一体。如果不知道涡轮是什么，不要紧，先记着名字就行了。发动机的工作过程大概是这样的。首先，风扇先把空气吹进来，然后，压气机高速旋转，把空气压缩到后面的燃烧室，燃烧产生的强大气流往后喷射产生推动飞机的动力，与此同时呢推动后面的涡轮转动，涡轮转动又带动前面的压气机转动，继续压缩更多的空气进来。听晕的同学们，我给你再捋一捋：压气机旋转的动力来自涡轮，涡轮旋转的动力来自燃料燃烧产生的气流，燃料燃烧的空气来自压气机的压缩，形成一个三角循环，这三角恋也是够复杂的。在这里我索性给大家补上几个名词解释：这种前面一个风扇，后面一个涡轮的发动机，叫“涡轮风扇发动机”，简称“涡扇发动机”。风扇把空气吹进来，有时候只有一部分空气进到抽风机里供给燃料燃烧，这条通道呢叫做内涵道。还有一部分空气就直接往后跑了，这条通道就叫外涵道。外涵道和内涵道的比例叫“涵道比”，外涵道比例大的，叫“大涵道比发动机”，特点是，省油、低速，适合客机货机等大型飞机；外涵道比例小的，叫“小涵道比发动机”，特点是，费油、高速，适合战斗机等小型飞机。如果把内涵道无限缩小，空气不进压气机，这就是一台“涡轮螺旋桨发动机”，简称“涡桨发动机”，或者叫螺旋桨发动机。如果把外涵道无限缩小，所有的空气都进到压气机里，这就是“涡轮喷气发动机”，简称“涡喷发动机”。如果记不住这么多名词，没关系，最重要的干货来了：那就是燃烧室后面的涡轮叶片，是全世界最难最难制备的材料，这就是所谓的工业皇冠上的明珠，也是中国最短的短板之一。燃料燃烧后的高速气流，有接近2000度的高温，这股高温高压强的气流直接冲击在涡轮叶片上，从而推动涡轮旋转，工作环境极为恶劣。在燃料和叶片的关系中，燃料的比较强势，无论叶片有多牢靠，只要多倒些燃料，叶片就会被逼到崩溃的边缘。为了充分压榨叶片的能力，人们开发了很多冷却技术，比如，叶片上开上密密麻麻的小孔，工作时有高速气流喷出，在叶片表面形成一层气膜，这叫“气膜冷却技术”。那么，谁家的叶片能承受更高的温度，谁家的发动机就能倒进去更多的燃料，于是发动机的推力也就更大了更牛。发动机里温度最高的便是燃料燃烧的地方，也就是涡轮前面那段，这叫“涡轮前温度”，这个参数是衡量发动机代差的主要参数。因为耐高温属于材料技术，是组重要的硬功夫，只要这点追上了，哪怕其他参数不行，也可以通过巧妙的设计快速提升，这个进度是可预期的，但材料研发的进度就很难且说不准了。涡前温度每提高100度，推力就能增加15%，相差200度就意味着发动机相差了一代。听说涡前温度全球平均每年提升10度，人们常说的中国发动机落后美帝20年，就是根据这个算出来的。虽然发动机结构设计也很复杂，但难度无法与材料相比。做发动机，只要想办法弄一台样品，直接山寨就是了。其实在工业领域，山寨这家伙还有个帅气的正经名字：逆向工程。就像写论文，第一步都是文献综述，任何研发的工作，你首先都要了解同类产品并借鉴升级，这啊，其实是非常合理的做法。任何国家都是这么干的，以前这么干，现在这么干，未来还会这么干！只不过中国底子薄，现在干得更多而已。当然了，像发动机这么复杂的机器，如果自己技术没吃透，就连山寨也是做不到的。举个例子。某年，歼六发动机连续发生断轴事故，一度导致60%的飞机停飞，严重影响我国的防空。折腾两年才搞明白，这个发动机当时是山寨了相当部分的毛子的设计，但是呢，其中有一处倒圆角的半径出了问题，毛子的设计是0.6mm-0.8mm，无奈当时中国的刀具材料不过关，圆角刀两侧的磨损过快，于是加工时半径少了0.2mm。就因为这0.2mm，导致应力急剧增加，也就是说原本的压力是平均分散在叶片上的，但是因为这个拐角的地方少了0.2毫米，导致压力集中到了一点上。最终使得涡轮轴断裂，多次酿成机毁人亡事故。你想想，一个发动机需要多少这样的细节组成？而整个军工又需要多少这样的细节组成？现代军工体系的庞杂程度完全超乎人们的想象！从某种角度说，军工其实是“阳谋”，比拼的就是人员和投入！什么单项技术都是浮云，这个严密而庞大的体系才是最高的技术门槛。有点扯远了。我们回到主题上来。正是因为这种极端条件下的苛刻要求，美帝有些发动机，为了减少不必要的连接和缝隙，核心部件就从一整个大铁疙瘩里一点一点削出来，相当败家，这玩意儿俗称整体叶盘。
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