治好中国航空业的心脏病为什么这么难?
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发动机是飞机的心脏。全国人民非常关注的就是两个“心”:一个是芯片;一个是飞机的心脏——发动机。这两个“心”的问题不解决,我们就难以从一个大国成为强国。造不出来不出自己的心脏,总是长期赖于国外,这也不是一个强国,甚至是一个大国的所为。

做发动机为什么这么难?为什么中国长期以来做不出来民用发动机?北京航空航天大学校长、中国工程院院士徐惠彬,主讲《打造中国航空发动机叶片“金钟罩”》,为你揭秘中国航空发动机叶片涂层材料研制的突破过程。

航空发动机难在哪里?

1

发动机需要非常高的安全性和可靠性

现在的一台民用发动机,要求稳定地工作三万小时,不能出任何故障。将来要超过三万小时,其中,有个两个实验是发动机必须要做的。

第一个实验叫抛鸟实验。

在航空飞行中,全球每年因鸟撞事故而造成的损失多达几十亿美元。据中国航空报报道:在2014年10月中国首次成功完成某型飞机发动机整机吞鸟试验。实验首次采用目测三点法、激光对准法,保证了鸟体实际撞击部位与设定点的偏差小于30mm;首次使用高速相机,实现了试验速度测量误差小于0.01%。

航空发动机进行“抛鸟”试验

第二个实验叫吞冰实验。

吞冰片试验目的,主要是为考核某型发动机对吞入一定形状、大小和数量冰片或冰雹的能力,在地面试验台上模拟飞行环境对发动机进行专项考核试验。一分钟一吨的冰要打到发动机里面去,发动机叶片要完好无缺。发动机如果不行的话谁敢坐飞机。在空中肯定有鸡蛋大的冰雹,吞进去的话发动机不能说停下检修,叶片打碎了,发动着火了还能飞吗?这两项实验证明发动机具有高度的安全性和可靠性。

航空发动机进行“吞冰”试验

2

发动机的叶片承载巨大的离心力

发动机的转速要达到10000多转,每分钟15000-16000的转速,发动机如果转动叶片,它承受的离心力相当于叶片本身的10000倍。有人说相当于挂着几台桑塔纳,而且这个时候发动机的叶片是在极高的温度下运转的。这就是它的第二个难点,发动机的叶片承载着巨大的离心力。

3

发动机的温度极高

现在发动机用的材料绝大多数都是金属材料。军用发动机燃烧室的工作温度已经超过了2000K,K(开尔文)和C(摄氏度)相比差了273度。民机发动机燃烧室的温度也要达到1800到1900K。而发动机所用的镍基高温合金它的初熔点大概也就在1300多度,加上273也不到1600K。所以说所有金属材料的叶片,在发动机燃烧室里边,它是处于熔化状态的,而且它还要挂着10000倍的离心力,你想想它是不是做到了极致。

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《航空知识》资深编辑倾力编译

4

极致的加工精度要求

或许大家听说过层流和湍流,当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流。发动机飞得很高,然后前面有风扇,压气机把风吹到燃烧室,相当于17级的风速,这个时候要确保火焰在里边稳定地燃烧,这对于搞空气动力学的也是一个极限,设计不好吹偏了把旁边都烧掉了。发动机由上万个零件组成的,加工精度要达到微米级,甚至有些个别的部件要达到纳米级,要确保每个零件都万无一失,所以发动机这个产品有多么精致。

让中国飞机发动机穿上自己做的衣服

1

发动机的核心:“一盘两片”

发动机最核心的核心就是“一盘两片”。“盘”就是涡轮盘,涡轮盘就是把工作叶片插上去以后带动它转动的。“两片”一个是导向叶片一个是工作叶片。导向叶片就是火焰冲出来的时候导流,然后才能吹着工作叶片转动。它是首先接触火焰的,紧接着就是工作片就是转动的,这是里面最难攻克的。

三项技术:冷却、合金的温度、加上涂层

发动机的叶片的工作温度已经远远超出了合金的熔点,怎么能让它不化呢?第一个需要冷却,中间把它做成空心的,冷空气吹进去然后冷却它,在外边形成个保护膜来保护它,因为它有一个温度梯度在里边,表面的温就降很多。第二件事让合金的承温能力继续提高。第三件事给它穿上一层衣服。深色的叶片,就是没有穿衣的叶片,白的叶片就是穿了一层衣服的叶片。

穿了什么衣服呢?一个热障涂层,叫 Thermal Barrier Coating(TBC),是应用于热端部件表面的高温防护陶瓷涂层。通过把合金与其工作附近的超高温热源隔离,来降低工件表面温度,从而提高器件的工作温度和寿命。这个陶瓷衣服涂上去难度大了,因为大家知道陶瓷很脆,金属的热膨胀系数很大,金属膨胀了陶瓷没有热膨胀,或者膨胀很小一下就把它崩掉了。所以要想穿上这层衣服非常难。

不带陶瓷涂层叶片(左)和带热障陶瓷涂层叶片(右)服役后表面状态对比

3

材料的进化史:等轴晶体、定向晶体、单晶体

解剖航空发动机的材料的话,它用了哪些材料呢?如下图,蓝色的是钛合金,红色的是镍基合金,然后黄色的主轴轴承用的是钢,然后还用了少量的铝和复合材料。90%以上都是用的金属材料,金属材料有个特点,它在温高的情况下,它的强度会大幅度地降低。

比强度(Specific Strength),钛合金的比强度在室温下是最高的,镍基合金其次,然后是钢和铝合金差不多。但是钛合金随着温度的增加,它很快强度就衰减了,镍基高温合金的比强度虽然不是最高,但它能够撑的温度比较高,撑得时间也比较长。这就是为什么我们现在做的涡轮叶片的合金,都是用镍基高温合金做出来的,而不能用钛合金。那么科学家们想办法,大家知道最开始做的叶片,是用铸造的方法做出的是等轴晶,放大以后,它由很多晶粒组成。但是在高温下,由于它的晶界原子排列是混乱的,从熵的角度来说它就是不稳定的,温度一高晶界就开始软化,然后这时候再有个巨大的离心力,这个晶界就碎了。第二步科学家们做出了定向,让所有的晶粒往一个方向长,它虽然有个晶界,但是它的晶界都是竖着的,有离心力的时候不要紧,但是横向不行,只要有横向力的话它从晶界就断开了。第三要做成单晶体,想了很多法,现在做的都是单晶。

这还不够,温度还在提高,发动机设计师说不行,温度还得接着提高从而增加推力。怎么办呢?做成空心的,就是师先生做的,当时叫九小孔,现在这孔可达到90个900个。单通道不行做成多通道,就为了让它到处都冷却,不行的话加涂层,热障涂层。做出来这个热障涂层非常不容易,陶瓷里有个概念相变增韧,如果你有一点小的相变的话可以增韧,不会产生很大的裂纹。当时我们解决了材料问题——YSZ,YSZ陶瓷材料因为其卓越的物理、化学性能、良好的热稳定性、极低的热导率,一直是一种被广泛应用的热阻材料。结构上,我们发明了一种新结构,从陶瓷到机体中间有一个过渡层,叫粘结层,这一层总是掉粘不住,怎么回事呢?我们感觉合金的成分与前与后差距太大,所以我们就把粘结层做成了一个梯度, 叫 GBTBC,梯度的粘结层。在结构上有了这个新的发明。

发动机的叶片穿上了中国人自己做的衣服

理论存在了,可真正要让发动机叶片穿上了中国人自己做的衣服可没有那么容易,只有通过不断热循环才能证明叶片能真正可以穿上这层衣服。一个小时拿出来一次冷却,最多做到了多少呢,一万次,或者叫一万个小时的循环,一个小时一次。一万个小时是多长时间?一年多,不休息,炉子不能休息,人得看着三班倒。一天24小时乘以365,是8000多小时。所以做一次实验要做一万小时,一年多的时间。冬天还好,可夏天的时候那真是热。徐校长说:“热我们也高兴,只要它叶片涂层不掉,所以我们觉得很自豪。我们把整个的材料、结构、工艺、表征、测试、寿命预测,把它做完了之后能达到一万个小时,我们特别开心。”由此发动机的叶片不再“赤膊上阵”,而是穿上了中国人自己做的“金钟罩”!

以上文字部分摘录于《打造中国航空发动机叶片“金钟罩”》

风上风云|云端故事

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大德足迹

《莲花生大士全传》

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顶礼莲师

吽  
邬金刹土西北隅
莲茎花蕊之座上
稀有殊胜成就者
世称名号莲花生
空行眷属众围绕
我随汝尊而修持
为赐加持祈降临
革日班玛斯德吽

第一篇 莲花王

第六章 宿世因缘示密行

有一天桑姆与莲花亲,为了爱欲,盛装来到了茅房的附近。这时,另外有一个男人,他因为馋涎桑姆的美色,所以就带了五百贝壳的金钱送给桑姆,他们两人骗过了莲花亲之后,欢度了云雨一番。

但是他们所做的这件事情,毕竟逃不过莲花亲这个无赖的耳朵。因为莲花亲他平时就对服侍桑姆的女婢下了很多功夫,因此这女婢就在这个男人与桑姆燕好的时候,偷偷地把所有的秘密告诉了莲花亲。

这无赖的莲花亲十分愤怒,气匆匆地找到了桑姆,很愤怒地质问桑姆说:“你这个妓女桑姆,竟然敢做出对不起我的事情,我今天如果不杀死你的话,我莲花亲三个字就倒着写。”

桑姆赶紧跪在地下向他哀求饶命,但是莲花亲并不理会,他拔出身上所携带的配剑,一手抓住桑姆的头发,一剑就刺入了桑姆的心脏。莲花亲不肯就此放手,不断把剑刺在桑姆的身上,桑姆的身上布满了剑伤,满身鲜血地死掉了。

桑姆的女婢,没有想到会闹出这么大的事情,惊吓得大声惊呼,呼喊着:“杀人啊!杀人啊!我的主人被杀死了。”口中乱叫着,到处狂奔。

这时莲花亲心生狡计,要将杀死桑姆的事情嫁祸他人,于是就抓住了女婢,恐吓她说:“小奴婢,你要仔细听着,今天的这件事情不是我做的,是那位乔答摩所做的。他因为贪恋桑姆的美色不成,而做出恶事,杀死了桑姆。你要牢牢地记住这一件事情,如果有另外其他种不同的说法传出的话,你的头将被高高的吊在树上,你的身体也将被一寸一寸的割碎,你的五脏六腑也会被曝晒,被雨淋。”

这女婢被莲花亲的话吓得整个人都傻住了,呆呆地不断点头,完全折服于莲花亲的威吓之下,不敢另有主张。这时莲花亲就将鲜血淋漓的配剑,扔到乔答摩仙人的住处。这时他快速地将身上的血迹清除干净,假装大呼小叫地喊着:“桑姆被杀了。”

眨眼之间,房前就聚集了一大群人。他们闻声而来,议论纷纷,猜想着到底是谁杀了桑姆。结果在乔答摩仙人的住处,他们找到了杀人的凶器。大家怒气冲冲地抓住乔答摩仙人,有人拳打,有人脚踢,有人吐痰唾弃。

大家议论纷纷地说着:“出家的沙门,已经是在修行了,怎么违戒去做恶事呢?怎么还放纵情欲来勾引这桑姆,而且求欢不遂,竟用刀剑来残害桑姆,这实在是太罪过了,太恶毒了,应该施以最严重的绞刑,施以碎身的凌迟。他这样败坏沙门的清净名声,实在是罪大恶极,难以饶恕的。”

乔答摩仙人祸从天降,百口莫辩。他根本不知道这把剑,怎么会掉落到他修行的地方。他心中善良,从来没有想到别人会如此陷害他。

虽然他来到此处是为了调伏无赖的莲花亲以及娼妓桑姆的,但是没有想到反而陷入了这样的罪恶陷阱当中。他心中虽然十分的感慨,也了解自己无罪,但是申辩却没有用。他只有两眼望着苍天,默默地诵念佛号,沉静地祝祷着。

这时国王下令,要用最酷烈的戈弗之刑,来把这罪恶的乔答摩处死。国王下令找来最锐利的长戈,从乔答摩仙人的下体肛门中刺入,穿过了肠胃、整个五脏、六腑到达喉咙,然后再从顶门穿刺而出。整个身体鲜血淋漓,污水流出,内脏也完全破碎了。

乔答摩这时身心受着极端的痛苦,眼泪一滴一滴流下,但是心还是安住于正念之中,不断地诵念佛号。他了悟,这是业障现前。所以,乔答摩仙人安心忍受着侮辱的刑戮。

这时他的师父黑仙人刚好路过此处,惊讶地看到了这件事情,于是向已经奄奄一息的乔答摩问道:“啊呀!我亲爱的儿子啊!你到底犯了什么样的罪名,要受这样可怕、严厉的酷刑呀!”

乔答摩用禅定心力收摄残身,以生命中最后的一分精力,忍痛来回答说:“父亲啊!我的上师啊!这是我过去业报现前,实在难以躲避!由于过去的业报,我在此生受到别人的污蔑,说我为了情欲而杀害了娼妓桑姆,并且在我的住处找到了杀人的刀剑。我受到这样的苦刑,这是我的恶业现前,我希望能够安心受报。但是我祈请师父您能够在未来世中不断地摄受我,使我的神识能够安住,使我在菩提道中得到增长而不退堕,只有靠师父您的加持,您的导引啊!”

黑仙人这时就安慰乔答摩说:“虽然这是很严酷的刑罚,但是看你的伤,我还是有办法治疗的。我要以最殊胜的法力,最殊胜的真言咒术来帮助你,延续你的正法生命。”

乔答摩日种听了之后,就回答说: “上师啊!您不必为我的事情挂心了。我知道自己所受到的伤害,已经是无力挽回了,我的生命已经宛如风中的残灯,更如同已经干涸的油灯,现在只剩下最后的光晕了。我希望能够安详地寂灭,趣入于法界当中。

“但是在此,我希望能够尽速昭告我的清白,我绝没有污蔑任何佛法,也没有使沙门蒙羞,我现在谨发重誓:如果我真的是清白无辜,我真的未曾杀人的话,我祈愿上师您的肤色,马上从黑色转变成黄金色的。如果我是清白的,请让我的祈愿马上成真吧!让我上师的肤色变成金黄色的!愿十方一切诸佛,一切护法神祇,一切世主鬼神能够作证,我是清白无辜的!我是清净无染的比丘、沙门!现在马上让上师您的肤色变成金黄色的吧!”

这样真诚大誓庄严的语句发出之后,整个天地间立即引起了种种的广大变化。在晴空当中,刹那间引发了层层的巨雷,雷响霹雳遍满一切虚空,发出轰轰的巨音。

彩虹忽然在虚空赤白中现起,天上隐隐的幻化着天人、仙众,天女从天上洒下了朵朵彩光透明的天上宝花,这些宝花慢慢地飘着,溶入了乔答摩心轮的尖顶上。在隐隐的雷声中,似乎又交织着清晰又微细的声音,这隐约的声音,好似回应着乔答摩心轮说:“你的愿望即将圆满。”

在这样不可思议的幻化境界当中,黑仙人的黑色皮肤,乍然之间竟然转成闪亮的金黄色了。庄严的金黄色肌肤,使黑仙人看起来更庄严、圆满。所以从此之后,黑仙人被改称为金仙人,他从此在天上人间,不断地教化众生,使他们安住于佛道,成为一位伟大的法师。

此时,全身金光晃耀的金色仙人,持诵着真言陀罗尼,现起大神通大幻化,在刹那之间,整个天地,大雷急吼,电光闪闪。如倾盆般的大雨,从天上倾覆而下。大地之中,顿然充满了清凉。

这时霹雳电闪,忽然,雷电又宛如少女柔软的手指一般,抚摸着乔答摩仙人的身体。在一刹那间,乔答摩所有的痛苦,全部止息了。这时一切往事历历如绘浮上了心头,宛如在眼前一般。在法界中的生生死死,死死生生,无量无边的幻化因缘,清明如实地在心识中浮起,在眼际间闪过。这无量的因缘,引动了乔答摩的心。

虽然乔答摩已安住在甚深禅定里,甚深加持当中,但是这种种的往事因缘,毕竟是那么深刻,那么缠缚,使乔答摩的心识难抑。心识难抑的乔答摩,更由于霹雳电闪轻拂他的身体,使他身体刹那之间,充满了力量。

这些缘生缘灭,让乔答摩不禁滴下了两滴情泪,这两滴情泪混溶着血液,流到了地上。宛如以天为父,以地为母一般,金色仙人为了延续这清净的种性,于是加持这两滴血泪,出生成两位幼儿延续释迦种族。

乔答摩此时的身心十分安详,只是了悟了一切缘生缘灭的不思议的幻化,他一直称念佛号,无有间断。这时周遭的百姓,看到了金色仙人与乔答摩之间所发生的种种变化,他们心中都生起了甚深的忏悔心。大家异口同声,认为应当将乔答摩日种仙人从那弗戈刑罚上取下来,他们一致认为乔答摩日种仙人绝对没有犯罪,应该尽速得到赦免。

这些议论很快传到了国王的耳中,国王极为吃惊,赶快前来询问这些缘由。但是一切已经太晚了,乔答摩仙人由于身心受到太大的损伤,虽然回光返照示现了这些不可思议的景象,但是最后还是离开了人间而圆寂了。

越过我,成为我

小时候,最讨厌的就是哭泣,因为觉得那是一件丢脸的事,显得自己无比的懦弱,索性就咬咬牙坚持住让眼泪不要掉下来,或者在没有人看得见的地方,偷偷哭。长大后,已经无法在某种情绪来临时去判断讨不讨厌和要不要哭泣了,当某种程度上的情绪来临时,眼泪从不和你商量,也不管这个时候这个地点这个空间,有哪些人,我只管哭我的,我哭的天昏地暗,一丝不苟,从不管别人怎么看怎么想,哭够了哭累了自会停下来。

小时候觉得自己天不怕地不怕,坚强无比;长大了却成为了幼时大家嘴里的爱哭鬼,一边说着自己百毒不侵、无坚不摧,一边像玻璃一样,轻触即碎。时间走着走着,我就成了这副模样,我也已经越来越不认识自己,越长大越孤单,它不是一件没有道理的事情。

说到这,仿佛我总与别人反着来。

很多人总是想着法儿的把自己的情绪通过理性思维显现出来,把内心最想说出的话,用各种语法和修饰拐了弯的变高级,在他们眼里,如果表达出最简单直白的言语,就好像会很丢脸,就好像不被世人所喜爱,这其中也包括我,其实我最不擅长的就是表达心意,就好像表达内心情感是一种让自己变弱小的事情,就好像没有了神秘感与距离感,最重要的是,安全感的缺失。关于我的所有真实情感,我总是把它们染成渐变色,一层一层,层层叠叠,厚厚重重,任重而道远地刻印在我心中,一点一滴消化,却永远也消化不完,能给人看的永远是最上面那一层,却足够一片赤诚,但最底下那一层,埋藏最深的那一层,我与它起了个名字,叫做深沉,深沉的和深沉着。

关于最后一层我的深沉,我从未与任何人提起,我无法将自己和盘托出,对待所有我在乎的人,我爱的人,对待父母、家人、朋友,我永远有着最深沉的一层,我可以为你们笑,为你们哭,为你们默默地做任何事情,默默地守护着你们。但是,直到生命的尽头,很抱歉我也无法把我这最深沉的一层全部诉说给你们,请原谅我,因为我比你们想象的要更爱你们,因为我总是爱的深沉。当然,如果有一天,我不一样了,除非是这段人生旅程中有人中途改变了我。

我只想简简单单的做一些简简单单的语言表达,我知道这对我来说是一件最艰难的事情,我只是个简单的普通人,每天做着简单的平凡之事,喜爱简单的穿着搭配,最爱简单的白色,简单并深刻的对待身边所有爱我和我爱的人,但我却无法表达出最简单的情感,可不可笑。

小说,一定是有了丰富的生活阅历以及超出常人的细腻观察才能呈现出来的东西,从前我觉得写小说是一件简单的事情,人人可做,且人人皆可做的有模有样。现在,我对小说有了新的看法与想法,我开始敬佩小说写作者、小说家,他们很伟大且思想广阔,他们也是极其渊博的,他们把无法隐忍的生平经历和人生感悟,经过真实写照或加以改编统统写进他的故事里,来的人在细细品味的过程中,煮一杯咖啡,跳一支恰恰,流一次眼泪,携带着它去对自己而言特殊的城市,在小说情节里感受人间冷暖,烟火与阳光,星星与月亮,冥想与幻灭,过程中使自己不断成长,体验人生百态,享受从冲动到平静的人生态度。这样一种形式,这是一种伟大的形式,对人类社会都起着不可或缺的作用。一定会有一天,在很多个夜晚,我也会把我所有历经的深沉,编织成故事,刻画成小说,做一名小说写作者。

悲喜交加,大喜大悲,起起落落,是我的常态。下午和朋友在值班因为一些什么而笑到脸庞笑不动为止,现在让我想想,我也不知道那时自己在笑些什么,我只知道自己需要常常敷眼膜擦眼霜,否则眼角的细纹经不起苹果肌的发达这么折腾。白天大喜大笑,紧接着晚上大悲大哭,四根手指被门夹到瞬间嚎啕大哭,哭完后我回想自己怎么是这个样子的人,小时候受再多伤也不见得哭的这么猖狂,通过这样一种回想我好像明白了为什么,其实还是不愿意示弱,小时候不愿意,长大了虽然不愿意,但是也没人在意,所以哭的大声反而是一种宣泄。我的日常就像一个盲盒,永远也不知道下一个抽出来的是什么滋味。

其实我还有很多话要和自己说,只是我必须要去睡了,时间已经不早了,我的耳朵里还有音乐,未来我还有事情没有做完,我的爱好还没有被我完全开发出来,我还没有对所有我爱的人表达最后一层的深沉。但这样已经让我觉得我足够幸运了。

今天我这样直面内心,能够这样与自己坦诚相待,也算是鼓足了勇气,我的勇气被我的一顿眼泪逼了出来,从某些时候开始,我逐渐去了解自己,改变自己,我站在人生的另一个角度,剥开心脏的那一层执着,偶然间发现涌现出一丝勇敢,与我而言,这是对我最意外的惊喜。


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