2000度高温！航空发动机是如何扛住的？

2000多摄氏度！

这是航空发动机工作时所产生的高温。

那么，在如此极端的环境下，发动机内部的零件是如何扛得住的？

其实，航空发动机的原理并不复杂，小学二年级的水平就能听懂。

首先，在空气被吸入发动机后，压气机会将其大幅压缩，压力显著增加。

接着，高压空气进入燃烧室，与喷入的燃油混合并被点燃，剧烈的燃烧产生了高温高压的燃气。

具体而言，燃烧室内的温度通常在1800°C至2100°C之间，温度越高，混合物的燃烧越充分，从而产生更大的推力。

最后，高温高压的燃气进入涡轮。

燃气的膨胀带动涡轮叶片旋转，旋转的涡轮轴又带动风扇和压气机叶片的旋转，进而维持整个压缩和燃烧过程的持续进行。

有数据表明，涡轮进口温度每提高100度，发动机的推重比就增加大约10%，所以提升动力的瓶颈就来到了涡轮机这边。

以美国F35战机为例，它搭载的是F135发动机，涡轮进口温度达到1980摄氏度，其高压涡轮转速可达每分钟15000转。

而我国的涡扇15发动机，其涡轮进口温度也在1600摄氏度左右。

也就是说，在这样的极端环境下，涡轮叶片不仅要承受上千度高温的灼烧，同时还承受着巨大离心力。

那么该如何设计这样的叶片呢？

现在的涡轮叶片主要由耐高温的合金制成，比如镍基高温合金、钴基高温合金等。

后来，在定向凝固技术的基础上，很快又发展出单晶高温合金，第三代单晶合金材料可以在1200摄氏度下长期工作。

说到合金，就不得不提到《终结者》中的T1000。

但可惜的是，人类材料学的发展还没有那么快，如果想要提高涡轮叶片的耐高温性能，还得加外挂。

比如在叶片表面涂上一层耐高温涂层，这通常为陶瓷材料，优点就是熔点高、强度大、热导率低，专业术语叫做热障涂层。

它可以使材料的可承受温度降低100度左右。

然而这点温度的降幅仍然不够，还需要给叶片通冷气，而这冷气就来自航空发动机里的压气机。

应用这种技术的叶片其实是中空的，在叶片内部设计出复杂的冷却通道，比如直通道、蛇形通道等。

当冷气在叶片内部流动时，从而带走大量热量。

这还没完，还有一种叫气膜冷却，在叶片表面设计出一些微小孔洞。

当冷气流经这些孔洞时，会形成一层均匀的薄薄气膜。

这层气膜，可以充当叶片的防晒霜，隔绝高温气流与叶片表面的直接接触，从而大幅度降低叶片表面的温度。

据悉，气膜冷却可以将涡轮叶片表面的温度降低200°C至300°C，在一些高效设计中，温度下降幅度可以达到400°C左右。

有朋友就问了，火箭发动机可耐3000多摄氏度的高温，为什么航空发动机就做不到呢？

虽然都是发动机，但区别大着呢！

火箭发动机一般都是一次性的，用完即扔，所以有些降温技术只考虑那一次的使用场景。

比如烧蚀冷却，高温会把火箭喷管上的一层碳复合材料烧蚀汽化，从而带走热量。

而商用航空发动机，它的总寿命通常在20000到30000飞行小时之间。

军用航空发动机，由于运行环境严苛，总寿命也在15000到20000飞行小时之间。

其次，火箭所携带的液体燃料，是可以充当冷却剂用的。

液态甲烷的保存温度是零下161摄氏度以下，液氧的保存温度是零下183摄氏度以下。

所以，当这种温度极低的燃料流经火箭喷管时，能带走大量热量，甚至有些喷管外壁都能结冰。

而航空发动机呢，不管它的涡轮叶片如何设计，最终还是利用压气机里的高压空气来降温。

说是冷气，其实是相对而言的，低压压气机的出口温度能达到两三百度。

所以，航空发动机与火箭发动机，你觉得哪个更难设计？科技含量更高？