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?

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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

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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

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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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完工业主分享:
我是学建筑的,室内装修也有些参与与听闻,一流的设计师玩灯光与光晕,二流设计师玩户型色彩,三流设计师玩底价,而小鱼推荐的设计师整个家的灯光有吊顶筒灯,射灯,反光灯槽灯带,衣柜灯带,鞋柜灯带,楼梯灯带等等,每一个细节的灯光效果都是她们帮我们把关的,说实话隔行如隔山啊,我们夫妻选的和设计师选的拿出来对比,那叫一个惨不忍睹,所以我很感谢我的设计师黄老师的付出,推荐。
#我的装修记录#

#袁帅论道##新社汇平台##乡村振兴##新农村# 如果说“互联网+”是2015年的社会热词,那么,时下最火的经济热词莫过于“共享”。
随着人们对高品质、个性化农产品和田园生活需求增加,现代农业新业态对农业资源提出了新要求。在农业领域通过试水土地共享、农机共享连接了城乡消费、减轻了农民负担后,共享模式的出现也真正为农村电商未来进一步发展打开了一扇窗。
分享农业到底是什么?为什么要谈分享农业?首先看下农村电子商务的几个基本形式。大家最开始比较熟悉的是工业品下行,也就是从网上帮助农民买到商品。它解决的是让农村能够享受到和城市里一样商品供应的问题。第二个阶段就是想办法做农产品上行,也就是把农产品通过网络卖出去。如果能够让优质的农产品卖出优质价格,那就更好。
再下一个阶段就是淘宝村现象。它实际上是把农村变成了工厂,这是不是就解决了农村所有的问题?肯定不是,因为还有很多农村资源是没法通过买卖让它变化成价值。这时候就要考虑用分享的办法,让农村的资源发挥更大的作用,同时让稀缺资源能够流进农村。
在这个阶段中,分享农业到底是什么?
所谓分享农业,就是利用互联网等现代信息技术,以使用权的分享为特征,整合、分享海量的分散化涉农资源,满足多样化需求。简单解释就是说过去谈到农村电子商务,基本上是所有权的转移,就是我把东西卖给你,东西就是你的。但是分享农业更多是在不改变所有权的情况下,让你使用到所有资源。
通过移动互联,用你的手机按几个键就可以实现这样的目标。它是一种农村资源发挥作用的优化配置的新方式,是适应信息社会发展、农业经济发展的一个新业态,是一种思考如何让农村的资源发挥更大效用的一种新思考方式或者新发展观,这跟以前可能就不一样。
为什么要发展分享农业?首先是它现在的需求非常强烈。人民生活水平提高之后,对农业农产品的需要跟过去不一样了,现在吃的标准在提高。同时,现代农业的新业态对农业资源也产生了一些新需求。农业的发展不仅仅是需要过去的那些简单资源,此外,信息不对称也带来了供需脱节,很多好产品卖不出好价格。
另一方面是供给比较充分,大量农村优质资源并没有很好的发挥作用,而且社会上很多闲置资源也没有顺利、如愿地流到农村来。
第三个方面,就是现在的条件已经比较成熟,围绕着电子商务或者分享经济的一些技术已经非常成熟和普遍,大家也都会使用。同时大家的消费理念和发展观也都发生了一些变化。现在流入分享经济领域的资金也非常多,中国发展分享经济的政策体系也已经基本形成,更重要的是关于分享经济的理论建设以及实践案例都已经非常多了。
在近期举办的互联网大会上,各国专家学者也一致认可,中国的分享经济现在已经在世界上处在领先的地位。
尤其对中国来讲,发展分享农业的意义是非常大的,它对改善农产品供给侧改革、促使农村脱贫致富、乡村振兴,以及全面建设小康社会和全面建设信息社会的目标都具有重大的意义。所以发展分享农业,在中国是恰逢其时。
农业能共享什么?分享农业到底做什么?
在研究过程中,我们把分享经济分成六大领域。包括产品的分享、空间的分享、知识技能的分享、劳务的分享、资金的分享以及生产能力的分享等。
实际上所有能够被称得上资源的东西,将来都是可分享的,而且一旦采用了分享的办法,它整个的运作方式和玩法以及效率,跟以前就大不一样。简单的说,所有能分享的终将被分享。
对农村或者农业领域来讲,能够被分享的东西有很多,包括土地、农产品、农机、农技、资金、劳务、房屋、人才、教育、医疗等等。这些只要你能想到的跟农村、农业发展相关的东西,都可以通过分享的办法来解决,也可以通过分享的办法让这些资源发挥更好的效用。
分享农业到底应该怎么做
用简单的一句话概括,就是要用分享经济的思维去发展农业,振兴乡村。具体来讲,分享农业可以理解为用分享经济的思维乘农村已有的资源+农村急需要的外部资源,把这两方面做好了,分享农业也就能够发挥它应有的效用。
如何把农村的优质资源通过分享的办法让它发挥更大的效用,也就是说把优势资源分享出去。那农村的优质资源到底在什么地方,农村的优质资源是什么?首先我们会想到的是土地、农田,农田的分享可以达到什么样的目标?农村把土地变成很小很小的一小块,城市里的人可以众筹一块土地,让这块土地生产自己所需要的蔬菜产品,这样就可以拥有自己的私家田园。当然,你也可以拥有自己的私家良田、私家菜园,这种模式在中国很多地方已经逐步走向现实。
除了农田以外,农产品、畜产品也是可以分享的。
比如我在湖北调研时发现的跑跑猪,它平时放在山上,到年底过年的时候,一吹哨都回来了。藏香猪也是这样,你所有能想到的畜产品都可以用众筹分享的办法来获得,这样你就可以吃上专供自己的放心肉。
农村还有什么?它的田园风光、自然风光、新鲜空气,都是可以分享的。例如茶园提供观光,坐观光车走一圈收30块钱。农村还有一些乡土文化,包括郓城的水浒文化,都是值得很多人去品位、流连的。当然农村还有很多美食,这是城里人最想得到的大自然的恩惠。
除此之外,农村还有民宿。大家知道,现在城里最贵的是房子,农村里边真正最贵的,在不远的将来也会是房子。咱们的小伙姑娘们出去打工,回来首先干什么?就是装修房屋。但是这些房屋如果仅仅是自己住,它的价值并不能最大化的释放。
我现在到很多地方调查发现,农村的房子盖的很大,但住的人几乎很少。但是城里的人想到农村住又没有条件,将来怎么办?用分享的办法让这些房屋发挥作用。现在各地的民宿就非常风靡,而且将来农村的民宿一旦分享出去,它就不是一个简单的脱贫问题,而是可以一年带来几万甚至十几万的收入和效益。
如何将农村所需紧缺资源分享进来
通过分享的办法,可以把城市里的优质资源带到农村,这些资源买不到但是可以分享。这包括哪些资源?当然是农村最缺的资源,比如资金。按照过去的方式,你很少能够有利用的机会,但现在的方式就越来越多了。
举一个最简单的例子,我在湖南调研的时候发现,一个公司与农户联合起来开展民宿的改造共享,以及合作开发。原来农民自己住的房子就这么几间,其中有两间后来改造成可以对外分享的民宿。
类似这样的例子有很多。例如在浙江,几个合伙人改造了一个村,所有农户都变成了股东。这种效果是非常好的。当然现在还有正在兴起的众筹小木屋等项目,也在开始发展起来。
我们还可以分享什么?分享人才。那些知识分子变成农村人的可能性并不大,但是你要利用他的才能、他的知识是完全有可能的。
例如北京的几个小伙子到湖北种橙子,他种出来的橙子是按个来卖的,今年1.6万棵橙子成熟了,还没有成熟的时候就已经全部卖出去了。论个,10块钱一个,最后现在说20块钱一个都买不到了。他们带过去的是知识,是运营的一些方法。
还有一个小伙子是杭州的著名设计师,也跑到农村搞民宿改造,效果非常好。他和另外两个设计师共同设计的民宿一晚上每间房可以收1000多块钱,这个价格比五星级饭店还贵。
将来,分享经济在农业、农村发展中的作用和威力是很大的,潜力也是很大的,我们不仅可以在网上买东西、卖东西,实际上有很多的事情都可以通过网络来做。
简单做个小结。第一,分享经济是有利于全面促进乡村振兴战略实施的。
第二,将来分享经济会促使农业文明、工业文明和信息文明的融合发展,现在很多人都在找如何破解城乡融合发展,分享经济是一个非常好的路径。
第三,发展到一定程度,我们需要对农业、农村、农民,以及农民电子商务进行重新定义、重新探索。
一切才刚刚开始,我们相信未来会更美好。来源:淘宝大学 https://t.cn/z8ANAWg


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