奇妙博物馆 | 山河瑰丽，万物芳华，穿越时空来相见
上一期
河小地带着大家了解了
宇宙的起源与太阳系的组成
今天
让我们一起在宇宙与地球厅中
了解地球外部的四大圈层
及与其有关的地球运动
游览地球的内部结构
和地表的地形地貌吧
从地球诞生之初
大气就环绕着地球
而大气之下包裹着海洋与陆地
海洋与陆地上又存在着生物
现在就随着河小地的脚步
一起去了解一下
这伴随着地球成长的
四大圈层吧
旅程开始
第一站：“活泼好动”的大气圈
“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽日月”这是古人对天空的向往.
飞机、火箭、卫星、空间站……这是现代人类对天空的向往。
天空，到底是怎样的呢？
我们都知道，地球被大气层包围抬头看，你见到的风云雨雪都是大气圈的一部分。
大气圈像是一个活泼好动的孩子，时时刻刻都在进行着剧烈的变化。
各种复杂的天气现象都和大气运动有关。令人闻之色变的龙卷风，大家知道是怎样形成的吗?是由于云层上下温度差异过大造成冷空气下降、热空气上升而形成的小漩涡.
大气圈包括对流层、平流层、中间层、热层和散逸层五层。其中，对流层与我们的关系最为亲切。
主要天气现象都是在对流层形成的，平时乘坐的飞机都是在平流层飞行的，像礼花一样迷人的极光，就会在大气圈的热层出现。
第二站：“恢宏大度”的水圈
作为支撑生命存在的最重要的物质，作为地球上分布最广泛的物质之一，“水”在地球上扮演着十分重要的角色。
而地球因水的覆盖面积，故把地球形象地称为“水球”。
地球上的水通过水循环，加强了海陆间的联系。而正是由于存在水循环，水才能周而复始地被重新利用，成为可再生资源。
虽然水是可以循环的，但水资源却是有限的，因此，我们要节约用水，珍惜水资源哦~
第三站：“沉着稳定”的岩石圈
在软流圈之上的地壳和上地幔的坚硬部分称之为岩石圈，厚度约为75至150千米。
在地球内部压力作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在外力作用下分解成为砾石、沙子和泥土。这些已经生成的岩石，在一定的温度和压力下发生变质作用，形成变质岩。
岩石圈“沉着稳定”为生物的繁衍提供极佳的环境。
第四站：“丰富多彩”的生物圈
大约在20亿年以前，地球上就诞生了生命。最初的生命出现在海洋里，经过漫长时期的进化和繁衍，形成了目前广泛分布于地球的生物世界。
生物圈是圈层系统中的主体和最活跃的因素。小巧灵动的昆虫，翱翔云端的飞鸟，健步奔驰的走兽，
遨游水下的水生生物，挺拔俊俏的植物。各类生命形态共同组成了我们美丽的生命世界。
这仿佛是大自然在地球上营造的一场多姿多彩的盛宴。
大气圈，水圈，岩石圈，生物圈
就像是地球的年轮
书写着地球的岁月
同时也见证着
地球的脉动
接下来河小地
带大家继续游览
地球的内部结构
和地表的地形地貌
感受大自然的瑰丽与神奇
浩瀚无垠的宇宙星空中
地球包裹着蓝绿色外衣
神秘又美丽
地球内部分为
地壳、地幔、地核
他们的厚度比例也类似于
鸡蛋中的
蛋壳、蛋清和蛋黄
地球的外部
有多姿的山河
广袤的银河
古往今来
人类对自然的探索
从未止步
我国东汉科学家张衡
发明了候风地动仪
可以记录地震的发生
馆内墙壁上
有大地震的场景照片
让我们感受到自然的力量
所以我们更要尊重自然
保护自然
与自然和谐相处
观摩馆内的地动仪模型
我们可以感受到
古人的无限智慧
岁月流转
时代进步
自然灾害的预测
和防护在不断完善与更新
仰望星空
遐想无限
古人有嫦娥奔月
吴刚伐桂
的美丽传说
望月思乡
夜观星象的情致
身处博物馆
聆听珍迹物语
地动仪模型外形
像一个大型酒樽
地动仪旁的铁陨石
是明朝陨落的
南丹铁陨石的一块
这块陨石也被古人
记入了史册
陨石分为
石陨石、铁陨石、石铁陨石
馆内也有山脉
形成模型、硅化木、矿石标本
这张图展现了
地球的六大板块
令人惊叹于
地球的伟大创造力
地球的内力作用
推动六大板块的形成
促成七大洲八大洋的分界
也推动形成
气势宏伟景色壮观的
东非大裂谷
地球的内动力地质作用
产生地貌形态的变化
他们的厚度比例也类似于
鸡蛋中的
蛋壳、蛋清和蛋黄
地球的外部
有多姿的山河
广袤的银河
古往今来
人类对自然的探索
从未止步
我国东汉科学家张衡
发明了候风地动仪
可以记录地震的发生
馆内墙壁上
有大地震的场景照片
让我们感受到自然的力量
所以我们更要尊重自然
保护自然
与自然和谐相处
观摩馆内的地动仪模型
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古人的无限智慧
岁月流转
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像一个大型酒樽
地动仪旁的铁陨石
是明朝陨落的
南丹铁陨石的一块
这块陨石也被古人
记载了史册
陨石分为
石陨石、铁陨石、石铁陨石
馆内也有山脉
形成模型、硅化木、矿石标本
这张图展现了
地球的六大板块
令人惊叹于
地球的伟大创造力
地球的内力作用
推动六大板块的形成
促成七大洲八大洋的分界
也推动形成
气势宏伟景色壮观的
东非大裂谷
地球的内动力地质作用
产生地貌形态的变化
断裂、地震、褶皱、火山
大自然的鬼斧神工
塑造出巍峨瑰丽的奇观
旖旎的风光
造化钟神秀
阴阳割昏晓
描绘了泰山的巍峨与瑰丽
馆内的泰山玉
就产生于泰山山麓
外力地质作用下，有“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的瀑布描写，“大漠孤烟直”的沙漠景观，风蚀蘑菇、v型河谷、一线天景观……
冰体在切割作用形成冰川地貌，有U型的冰斗、尖锐的角峰、冰碛湖。
前面的溶洞模型展现了犹如魔术师的大自然。光线中的溶洞模型显得色彩斑斓。在这里，你可以看到千姿百态的石笋和石钟乳，耳边仿佛听见水滴“嘀嗒”，奏成一首美妙的协奏曲。
对面有一块来自广西的钟乳石标本，经历了几百年的沉淀结晶，饱含岁月的痕迹。
球形投影屏幕中，地球2亿多年海陆演变过程展现在眼前。
物换星移，日月变换，地球科学奥秘值得不断探索。
大自然独特的变化下，山河瑰丽，万物芳华。
来到地球科学博物馆，也就像来了一场跨越时空的约会，领略宇宙奥秘，徜徉知识海洋。
一楼的宇宙地球厅就为大家介绍到这里。
下期我们一起游览一个千姿百态、丰富多彩的岩石矿物世界
#河北地质大学[超话]##河北地质大学##遇见河地大#
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各种复杂的天气现象都和大气运动有关。令人闻之色变的龙卷风，大家知道是怎样形成的吗?是由于云层上下温度差异过大造成冷空气下降、热空气上升而形成的小漩涡.
大气圈包括对流层、平流层、中间层、热层和散逸层五层。其中，对流层与我们的关系最为亲切。
主要天气现象都是在对流层形成的，平时乘坐的飞机都是在平流层飞行的，像礼花一样迷人的极光，就会在大气圈的热层出现。
第二站：“恢宏大度”的水圈
作为支撑生命存在的最重要的物质，作为地球上分布最广泛的物质之一，“水”在地球上扮演着十分重要的角色。
而地球因水的覆盖面积，故把地球形象地称为“水球”。
地球上的水通过水循环，加强了海陆间的联系。而正是由于存在水循环，水才能周而复始地被重新利用，成为可再生资源。
虽然水是可以循环的，但水资源却是有限的，因此，我们要节约用水，珍惜水资源哦~
第三站：“沉着稳定”的岩石圈
在软流圈之上的地壳和上地幔的坚硬部分称之为岩石圈，厚度约为75至150千米。
在地球内部压力作用下，岩浆沿着岩石圈的薄弱地带侵入岩石圈上部或喷出地表，冷却凝固形成岩浆岩。裸露地表的岩浆岩在外力作用下分解成为砾石、沙子和泥土。这些已经生成的岩石，在一定的温度和压力下发生变质作用，形成变质岩。
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外力地质作用下，有“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的瀑布描写，“大漠孤烟直”的沙漠景观，风蚀蘑菇、v型河谷、一线天景观……
冰体在切割作用形成冰川地貌，有U型的冰斗、尖锐的角峰、冰碛湖。
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【拉尼娜来了，今年是冷冬？问题没有这么简单】最近不少人讨论今年是冷冬的问题，原因是今年赤道中东太平洋海温偏低，出现了拉尼娜（La Niña）现象，并且因为去年冬天也是拉尼娜，今年连续出现，所以我国温度偏低，还会冷得更严重。事实真的如此吗？
△ 拉尼娜连续两个冬天出现，这事儿其实很常见
拉尼娜是赤道中东太平洋海温偏冷的现象，连续两年冬天出现拉尼娜现象，这种情况并不少。拉尼娜经常会在连续两个冬天出现，而厄尔尼诺现象（与拉尼娜几乎相反）则很少连续两年出现。
例如，1973/74、1974/75和1975/76连续三个冬天都是拉尼娜，1983/84和1984/85连续两个冬天也是拉尼娜，1998/99和1999/2000、2007/08和2008/09、2010/11和2011/12都是前后两个冬天是拉尼娜现象的例子。这种连续出现拉尼娜现象和赤道中东太平洋的气候态及拉尼娜现象的形成机理有关。
图1：尽管拉尼娜和厄尔尼诺现象是热带太平洋两种位相相反的现象，但其形态并不完全相反，拉尼娜经常在连续两个冬季出现，而厄尔尼诺现象连续出现个例较少。图片来源：NOAA Climate.gov
△ “出现拉尼娜我国冬季气温就偏低”，气候预测真的这么简单粗暴吗？
持“出现拉尼娜现象时我国冬季温度就偏低”这种观点的人不少，甚至一些气象部门和官方媒体也这么认为，主要依据就是出现了拉尼娜现象。但这样理解我国的气候变动，是把复杂问题简单化，没有认识到我国气候的复杂性，以及短期气候预测的不确定性。
首先，我国国土面积大，横跨热带、亚热带、暖温带、中温带和寒温带，并且西部有广袤的戈壁沙漠和青藏高原地区。影响这一区域冬季气候异常的因子非常多，不光包括热带中东太平洋的海温，还包括印度洋、大西洋海温，以及我国近海的海温状况。除此之外，还受中高纬北极海冰、欧亚雪盖和陆面状况等的影响。
各个区域不同影响因子的作用有所不同，各区域的权重并不相同，因此仅用拉尼娜一点来讨论中国的气候，容易以偏概全。
仅就我国东部地区而言，南北地区的影响因子权重也不同，其中东南沿海容易受热带海洋过程影响，这包括中东太平洋海温的形态（拉尼娜或者厄尔尼诺现象）和印度洋海洋偶极子（IOD）形态。尽管在拉尼娜年份在赤道西太平洋和南海上空容易形成气旋性环流，气旋性环流的西侧产生偏北风异常，有助于东南沿海地区冷空气活动，但是基本没有完全一致的拉尼娜——每一次都有所不同，在赤道西太平洋和南海上空产生的气旋性环流的强度和形态也各有不同，不适合套用统计规律。
对于我国东部偏北地区而言，更多受中高纬度环流异常的影响，其中北极涛动（AO）是最重要的影响因子。对于中高纬度地区而言，其可预报性要低于热带地区，因为这些地区受中纬度天气过程的影响，天气过程的时间周期一般为7~10天，这些过程对于整个冬季（11月~3月，也有研究仅分析12月~2月）而言，可以看作是“噪音”部分。在一个冬季，这样的过程至少有8~10次，每次温度上下波动至少10℃，要在这种波动里识别平均气温的季节信号（~1℃），是很有挑战性的事情。
我国东部地区除了在冬季会频繁遭遇一次次的冷空气活动以外，冬季气候还表现有一定的独特性质。例如，东北—西北与南部地区温度反相变化，当东北和西北温度偏高的时候，南部地区往往温度偏低，反之当东北和西北温度偏低的时候，南部地区往往温度偏高；前冬与后冬的不一致，当前冬（11~12月）温度偏高时，后冬（2~3月）容易出现温度偏低，反之亦然。所以，不能用整体“暖冬”或者“冷冬”来讨论。
图2：北极涛动（AO）是影响全球中高纬度地区温度的重要环流系统。图片来源：CPC
△ “冻死人”的去年冬天其实是暖冬，还是拉尼娜年
以备受关注的去年（2020/21）冬季为例，很多人对其记忆还是“冷得哭”“21世纪最低气温”“20年来最低温度记录”。
然而，这个冬季温度的变化像是过山车。2020年12月全国温度普遍偏高，1月初寒潮来临温度骤降，但是从1月下旬全国温度回升，2月温度骤升，迅速回暖，从华北到华南日最高温度迅速超过20℃，在河南和河北部分地区甚至最高温达到29~30℃。将整个12月~2月的冬季平均温度算下来，全国整体竟然是妥妥的暖冬（2021年3月3日中国气象局国家气候中心官宣确定）。
2020/21冬季同样是拉尼娜事件，极端寒潮事件与整个冬季偏暖并行不悖，让说冷和暖的人都找到了理由，也让说冷和暖的人也都无法完全自圆其说。
图3：2020/2021年冬季全国平均气温及距平逐日变化，整个冬季气温有如坐上过山车，在冬季1月初出现极端寒冷天气过程，但是2月底全国温度异常偏高。图片来源：国家气候中心
△ 国内外多个预测系统预测我国冬季可能偏暖
提前一两个月做未来1个季度的气候预测，这属于短期气候预测，或者称作季节预测。目前季节预报还是有很大挑战性的，国内外多个机构都在持续进行大量分析和预报工作，其中最重要的预报工具是S2S预报（Subseasonal-to-Seasonal Prediction）系统，即预报次季节（Subseason）到季节（season）时间内的平均状态。
根据目前国内外各个研究机构的预报，今年冬季发生拉尼娜现象基本上是板上钉钉的事情。对于东亚区域的温度而言，更多研究倾向于预报整体温度偏高。温度偏高的幅度在我国北部地区更大一些，可以达到1℃以上，而在我国南部增幅有限，基本接近正常，所以传说中的“冷冬”出现的可能性比较低。
图4：中国科学院大气物理研究所FGOALS-s2系统的S2S预测结果，我国冬季温度整体偏暖，其中北部地区异常偏暖。图片来源：https://t.cn/A6MDYl0P
△ 冬季生存法则：关注天气波动比冷冬暖冬更有意义
“冷冬”或者“暖冬”是对整个冬季的考量。例如，按照现在中国气象局的标准，需要考察整个冬季（12月~2月）的平均气温，确定各站相对于历史数据的偏差、冷暖的站点总数以及冷暖面积的大小。这其实是个非常学术化的概念，对公众的意义有限。
正如前文所讨论的，在冬季每次天气过程中，温度的上下幅度往往大于10℃，而冷冬和暖冬的温度异常值一般仅为0.5~1.0℃。即使最终证实冬季是冷冬，只要温度整体平稳，低温的影响就非常有限；而暖冬期间，如果出现短期几天极端寒冷的冷空气活动，像过去的2020/21暖冬里的极寒天气，其影响也会非常严重。
对于普通公众而言，与其把关注点放在今年冬天平均是“冷冬”或者“暖冬”上，不如放在应对天气波动上，随时注意天气预报和预警，避免冬季的灾害天气更为重要。而在提前一两个月准确预报会出现一次极端冷或者暖事件，这基本已经超过了目前全球的预报能力。如果某个机构和个人宣称具有这种能力，那大可打一个问号。https://t.cn/A6MDYl0h
△ 拉尼娜连续两个冬天出现，这事儿其实很常见
拉尼娜是赤道中东太平洋海温偏冷的现象，连续两年冬天出现拉尼娜现象，这种情况并不少。拉尼娜经常会在连续两个冬天出现，而厄尔尼诺现象（与拉尼娜几乎相反）则很少连续两年出现。
例如，1973/74、1974/75和1975/76连续三个冬天都是拉尼娜，1983/84和1984/85连续两个冬天也是拉尼娜，1998/99和1999/2000、2007/08和2008/09、2010/11和2011/12都是前后两个冬天是拉尼娜现象的例子。这种连续出现拉尼娜现象和赤道中东太平洋的气候态及拉尼娜现象的形成机理有关。
图1：尽管拉尼娜和厄尔尼诺现象是热带太平洋两种位相相反的现象，但其形态并不完全相反，拉尼娜经常在连续两个冬季出现，而厄尔尼诺现象连续出现个例较少。图片来源：NOAA Climate.gov
△ “出现拉尼娜我国冬季气温就偏低”，气候预测真的这么简单粗暴吗？
持“出现拉尼娜现象时我国冬季温度就偏低”这种观点的人不少，甚至一些气象部门和官方媒体也这么认为，主要依据就是出现了拉尼娜现象。但这样理解我国的气候变动，是把复杂问题简单化，没有认识到我国气候的复杂性，以及短期气候预测的不确定性。
首先，我国国土面积大，横跨热带、亚热带、暖温带、中温带和寒温带，并且西部有广袤的戈壁沙漠和青藏高原地区。影响这一区域冬季气候异常的因子非常多，不光包括热带中东太平洋的海温，还包括印度洋、大西洋海温，以及我国近海的海温状况。除此之外，还受中高纬北极海冰、欧亚雪盖和陆面状况等的影响。
各个区域不同影响因子的作用有所不同，各区域的权重并不相同，因此仅用拉尼娜一点来讨论中国的气候，容易以偏概全。
仅就我国东部地区而言，南北地区的影响因子权重也不同，其中东南沿海容易受热带海洋过程影响，这包括中东太平洋海温的形态（拉尼娜或者厄尔尼诺现象）和印度洋海洋偶极子（IOD）形态。尽管在拉尼娜年份在赤道西太平洋和南海上空容易形成气旋性环流，气旋性环流的西侧产生偏北风异常，有助于东南沿海地区冷空气活动，但是基本没有完全一致的拉尼娜——每一次都有所不同，在赤道西太平洋和南海上空产生的气旋性环流的强度和形态也各有不同，不适合套用统计规律。
对于我国东部偏北地区而言，更多受中高纬度环流异常的影响，其中北极涛动（AO）是最重要的影响因子。对于中高纬度地区而言，其可预报性要低于热带地区，因为这些地区受中纬度天气过程的影响，天气过程的时间周期一般为7~10天，这些过程对于整个冬季（11月~3月，也有研究仅分析12月~2月）而言，可以看作是“噪音”部分。在一个冬季，这样的过程至少有8~10次，每次温度上下波动至少10℃，要在这种波动里识别平均气温的季节信号（~1℃），是很有挑战性的事情。
我国东部地区除了在冬季会频繁遭遇一次次的冷空气活动以外，冬季气候还表现有一定的独特性质。例如，东北—西北与南部地区温度反相变化，当东北和西北温度偏高的时候，南部地区往往温度偏低，反之当东北和西北温度偏低的时候，南部地区往往温度偏高；前冬与后冬的不一致，当前冬（11~12月）温度偏高时，后冬（2~3月）容易出现温度偏低，反之亦然。所以，不能用整体“暖冬”或者“冷冬”来讨论。
图2：北极涛动（AO）是影响全球中高纬度地区温度的重要环流系统。图片来源：CPC
△ “冻死人”的去年冬天其实是暖冬，还是拉尼娜年
以备受关注的去年（2020/21）冬季为例，很多人对其记忆还是“冷得哭”“21世纪最低气温”“20年来最低温度记录”。
然而，这个冬季温度的变化像是过山车。2020年12月全国温度普遍偏高，1月初寒潮来临温度骤降，但是从1月下旬全国温度回升，2月温度骤升，迅速回暖，从华北到华南日最高温度迅速超过20℃，在河南和河北部分地区甚至最高温达到29~30℃。将整个12月~2月的冬季平均温度算下来，全国整体竟然是妥妥的暖冬（2021年3月3日中国气象局国家气候中心官宣确定）。
2020/21冬季同样是拉尼娜事件，极端寒潮事件与整个冬季偏暖并行不悖，让说冷和暖的人都找到了理由，也让说冷和暖的人也都无法完全自圆其说。
图3：2020/2021年冬季全国平均气温及距平逐日变化，整个冬季气温有如坐上过山车，在冬季1月初出现极端寒冷天气过程，但是2月底全国温度异常偏高。图片来源：国家气候中心
△ 国内外多个预测系统预测我国冬季可能偏暖
提前一两个月做未来1个季度的气候预测，这属于短期气候预测，或者称作季节预测。目前季节预报还是有很大挑战性的，国内外多个机构都在持续进行大量分析和预报工作，其中最重要的预报工具是S2S预报（Subseasonal-to-Seasonal Prediction）系统，即预报次季节（Subseason）到季节（season）时间内的平均状态。
根据目前国内外各个研究机构的预报，今年冬季发生拉尼娜现象基本上是板上钉钉的事情。对于东亚区域的温度而言，更多研究倾向于预报整体温度偏高。温度偏高的幅度在我国北部地区更大一些，可以达到1℃以上，而在我国南部增幅有限，基本接近正常，所以传说中的“冷冬”出现的可能性比较低。
图4：中国科学院大气物理研究所FGOALS-s2系统的S2S预测结果，我国冬季温度整体偏暖，其中北部地区异常偏暖。图片来源：https://t.cn/A6MDYl0P
△ 冬季生存法则：关注天气波动比冷冬暖冬更有意义
“冷冬”或者“暖冬”是对整个冬季的考量。例如，按照现在中国气象局的标准，需要考察整个冬季（12月~2月）的平均气温，确定各站相对于历史数据的偏差、冷暖的站点总数以及冷暖面积的大小。这其实是个非常学术化的概念，对公众的意义有限。
正如前文所讨论的，在冬季每次天气过程中，温度的上下幅度往往大于10℃，而冷冬和暖冬的温度异常值一般仅为0.5~1.0℃。即使最终证实冬季是冷冬，只要温度整体平稳，低温的影响就非常有限；而暖冬期间，如果出现短期几天极端寒冷的冷空气活动，像过去的2020/21暖冬里的极寒天气，其影响也会非常严重。
对于普通公众而言，与其把关注点放在今年冬天平均是“冷冬”或者“暖冬”上，不如放在应对天气波动上，随时注意天气预报和预警，避免冬季的灾害天气更为重要。而在提前一两个月准确预报会出现一次极端冷或者暖事件，这基本已经超过了目前全球的预报能力。如果某个机构和个人宣称具有这种能力，那大可打一个问号。https://t.cn/A6MDYl0h
治好中国航空业的心脏病为什么这么难？
#航空发动机##中国航空##中国航空工业##发动机事航天航空心脏#
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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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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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
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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”！
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