愛鋒貝
標題:
戰(zhàn)斗機的發(fā)動機通過逆向工程不就能再制造出來了嗎?
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作者:
科技閻羅君
時間:
2022-10-14 02:51
標題:
戰(zhàn)斗機的發(fā)動機通過逆向工程不就能再制造出來了嗎?
戰(zhàn)斗機的發(fā)動機通過逆向工程不就能再制造出來了嗎?
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作者:
國潤
時間:
2022-10-14 04:22
沒你想得這么簡單。
卡脖子的不是
「結構設計」
,而是
「材料制備」
。
這個話題「磚家們」可以給你噼里啪啦講上一大堆,咱們才疏學淺,就用白話文給大家單說最難的這一點。
依照慣例,我們從小學知識說起。
發(fā)動機向外噴射的東西越多越快,產生的推力也就越大,學術點說,這叫動量守恒定律。
截至目前這一刻,所有的航空航天發(fā)動機都是這個原理,靠扔東西產生推力。
但是呢,燃油啊炸藥啊這些工質的爆炸速度已經接近分子間傳遞信息的理論極限了。
如果基礎物理不突破,那么為了提高推力,就只能拼命往發(fā)動機里塞更多燃料。
燃料一多,空氣就不夠燒了,所以又得裝個「抽風機」吹風來努力供應空氣。
這就是發(fā)動機的基本原理:壓縮更多的空氣來供給更多的燃料燃燒。
現在,問題就出在這個抽風機上。
這臺「抽風機」的學名叫高壓壓氣機,和后面的渦輪連成一體。如果不知道渦輪是什么,不要緊,先記著名字就行了。
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發(fā)動機的工作過程大概是這樣的。
首先,風扇先把空氣吹進來,
然后,壓氣機高速旋轉,把空氣壓縮到后面的燃燒室,燃燒產生的強大氣流往后噴射產生推動飛機的動力,
與此同時呢,推動后面的渦輪轉動,渦輪轉動又帶動前面的壓氣機轉動,繼續(xù)壓縮更多的空氣進來。
聽暈的同學們,我給你再捋一捋:
壓氣機旋轉的動力,來自渦輪,
渦輪旋轉的動力,來自燃料燃燒產生的氣流,
燃料燃燒的空氣,來自壓氣機的壓縮,
形成一個三角循環(huán)。
哈哈,這三角戀也是夠復雜的。
在這里我索性給大家補上幾個名詞解釋:
這種前面一個風扇,后面一個渦輪的發(fā)動機,叫「渦輪風扇發(fā)動機」,簡稱「渦扇發(fā)動機」。
風扇把空氣吹進來,有時候只有一部分空氣進到抽風機里供給燃料燃燒,這條通道呢,叫做內涵道。
還有一部分空氣就直接往后跑了,這條通道就叫外涵道。
外涵道和內涵道的比例叫「涵道比」,外涵道比例大的,叫「大涵道比發(fā)動機」,特點是,省油、低速,適合客機貨機等大型飛機;
外涵道比例小的,叫「小涵道比發(fā)動機」,特點是,費油、高速,適合戰(zhàn)斗機等小型飛機。
如果把內涵道無限縮小,空氣不進壓氣機,這就是一臺「渦輪螺旋槳發(fā)動機」,簡稱「渦槳發(fā)動機」,或者叫螺旋槳發(fā)動機。
如果把外涵道無限縮小,所有的空氣都進到壓氣機里,這就是「渦輪噴氣發(fā)動機」,簡稱「渦噴發(fā)動機」。
如果記不住這么多名詞,沒關系,最重要的干貨來了:
那就是燃燒室后面的渦輪葉片,是全世界最難最難制備的材料,
這就是所謂的工業(yè)皇冠上的明珠,也是中國最短的短板之一。
燃料燃燒后的高速氣流,有接近 2000 度的高溫,這股高溫高壓強的氣流直接沖擊在渦輪葉片上,從而推動渦輪旋轉,工作環(huán)境極為惡劣。
在燃料和葉片的關系中,燃料的比較強勢,
無論葉片有多牢靠,只要多倒些燃料,葉片就會被逼到崩潰的邊緣。
為了充分壓榨葉片的能力,人們開發(fā)了很多冷卻技術,
比如,葉片上開上密密麻麻的小孔,工作時有高速氣流噴出,在葉片表面形成一層氣膜,這叫「氣膜冷卻技術」。
那么,誰家的葉片能承受更高的溫度,誰家的發(fā)動機就能倒進去更多的燃料,于是發(fā)動機的推力也就更大、更牛。
發(fā)動機里溫度最高的便是燃料燃燒的地方,也就是渦輪前面那段,這叫「渦輪前溫度」。
這個參數是衡量發(fā)動機代差的主要參數。
因為耐高溫屬于材料技術,是組重要的硬功夫,只要這點追上了,哪怕其他參數不行,也可以通過巧妙的設計快速提升,
這個進度是可預期的,但材料研發(fā)的進度就很難且說不準了。
渦前溫度每提高 100 度,推力就能增加 15%,相差 200 度就意味著發(fā)動機相差了一代。
聽說渦前溫度全球平均每年提升 10 度,人們常說的中國發(fā)動機落后美帝 20 年,就是根據這個算出來的。
雖然發(fā)動機結構設計也很復雜,但難度無法與材料相比。
做發(fā)動機,只要想辦法弄一臺樣品,直接山寨就是了。
其實在工業(yè)領域,山寨這家伙還有個帥氣的正經名字:逆向工程。
就像寫論文,第一步都是文獻綜述,任何研發(fā)的工作,
你首先都要了解同類產品并借鑒升級,這啊,其實是非常合理的做法。
任何國家都是這么干的,
以前這么干,現在這么干,未來還會這么干!
只不過中國底子薄,現在干得更多而已。
當然了,像發(fā)動機這么復雜的機器,如果自己技術沒吃透,就連山寨也是做不到的。
舉個例子:
某年,殲六發(fā)動機連續(xù)發(fā)生斷軸事故,一度導致 60% 的飛機停飛,嚴重影響我國的防空。
折騰兩年才搞明白,這個發(fā)動機當時是山寨了相當部分的毛子的設計,
但是呢,其中有一處倒圓角的半徑出了問題,
毛子的設計是 0.6mm-0.8mm,無奈當時中國的刀具材料不過關,圓角刀兩側的磨損過快,于是加工時半徑少了 0.2mm。
就因為這 0.2mm,導致應力急劇增加,
也就是說原本的壓力是平均分散在葉片上的,但是因為這個拐角的地方少了 0.2 毫米,導致壓力集中到了一點上。
最終使得渦輪軸斷裂,多次釀成機毀人亡事故。
你想想,一個發(fā)動機需要多少這樣的細節(jié)組成?
而整個軍工,又需要多少這樣的細節(jié)組成?
現代軍工體系的龐雜程度,完全超乎人們的想象!
從某種角度說,軍工其實是「陽謀」,比拼的就是人員和投入!
什么單項技術都是浮云,這個嚴密而龐大的體系才是最高的技術門檻。
有點扯遠了。我們回到主題上來。
正是因為這種極端條件下的苛刻要求,
美帝有些發(fā)動機,為了減少不必要的連接和縫隙,
核心部件就從一整個大鐵疙瘩里一點一點削出來,相當敗家,這玩意兒俗稱整體葉盤。
這樣葉片和圓盤連在一起,不但更牢固,重量還能下降 30%,
于是逐漸成為發(fā)動機主流,美帝計劃以后的戰(zhàn)斗機渦輪全部采用整體葉盤。
不過加工這玩意兒手藝可不是一般的高明,通常需要高端機床。
說到機床,嗯,嘆息。
順便在這里說一說美俄思路的差異。
毛子的數學功底極強,可以說融到骨子里,他們經??烤€性計算搞定一切。
比如蘇 27 的發(fā)動機就是用銷釘固定,可以簡單理解為用螺絲固定的。
毛子就是任性的把受力分布計算到極致,使壓力均勻分散到各個地方,發(fā)動機硬是不散架!這功夫也是沒誰了!
雖然航空發(fā)動機工作環(huán)境極高溫極高壓,但工作時間畢竟比較短,
另外一種場景則是溫度和壓力都稍微低點,但工作時間非常長。
由于溫度和時間具有一定的當量關系,這其實是一回事。
對鋼的穩(wěn)定性評價通常采用「高溫長時效試驗」,
舉例來說:蒸汽輪機葉片鋼的試驗時間通常要超過一萬小時,
但如果把溫度提高到 670 度,試驗的時間可以縮短到 400 小時。
所以除了航空發(fā)動機,中國的大功率蒸汽輪機、燃氣輪機也是苦的一逼!
鍵盤俠們可以集中火力往這兒噴。
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很多同學就不信邪了,
為啥材料這么難?
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作者:
迅雷42
時間:
2022-10-14 05:47
從業(yè)十幾年,曾在設計前沿呆過五年時間,有一些感觸,分享一下。
公差方面,把尺寸測量好,其實也沒有什么大不了的,公差帶啥的可以計算尺寸鏈啊。但這里面其實有一個難點,發(fā)動機的尺寸配合設計不光要考慮冷態(tài)尺寸鏈,還要考慮熱態(tài)尺寸鏈,就是說,在溫度升高的過程中,不同材料膨脹量不同但是,你渦輪要在1800K的工作溫度下依然保持密封性能,燃油總管要保證在二三百度溫度下不讓焊縫承受剪切力,在上千度工作溫度下火焰筒整體變形后,噴嘴不能跟頭部發(fā)生干涉掰壞噴嘴…很多。這些東西在測繪過程中測不到的,測繪的只是冷態(tài)零件。
材料方面,我覺得市場太小其實是最大的難點,壓根就沒多少人研究這玩意,沒有市場,沒有量,光靠國家投入。一些高溫合金外國進口的比我們國產的質量好價格便宜,有些材料人家鋼廠根本不可以給你做,你的需求量都不到人家一爐的產量。這樣做出來的材料奇貴無比,光靠型號研制這點經費根本支持不動,曾經核算過某個葉片一組造價就達到幾十萬,那一圈葉片要幾十組,買不起…
工藝問題也是老問題了,現在都當笑話了,但是高難度裝配工藝也就那么多種,我們慢慢也都學會了。
行業(yè)里有句話,發(fā)動機是試出來的,好多尺寸,好多設計都是試驗出來的,其中就有好多實驗中摸索出來的看似SB的關鍵設計和關鍵尺寸,這些測繪的人都是不知道的,認識不到位,性能就是上不來。
我的感悟是做這一行,逆向設計做的事情比正向設計要多得多,那些試驗,一個都不能少,全都要過一遍…否則心里都沒底,畢竟是上天的玩意,在上面壞了都沒法修…
隨著我們的經驗逐漸豐富,技術實力的逐漸提升,我們正在朝著正向設計的方向努力,其實我們就是想逆向,現在這種國際環(huán)境下也找不到原型機供測仿了。
正向的成果也是有的,2018珠海航展的推力矢量就是正向設計的杰作
我覺得戰(zhàn)斗機發(fā)動機難以逆向
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看到其他答主的回答,似乎我對逆向工程的理解和大家不太一樣。
我們做所謂的逆向,業(yè)內有個詞叫做測仿,并不是要照著原版發(fā)動機原模原樣的復制一個設計出來。
航空發(fā)動機在我國的航空系統(tǒng)中的地位跟外國不一樣,外國是獨立發(fā)展的一系列產品,我國是當做飛機的一個分系統(tǒng),隨飛機立項。這也是我國航空發(fā)動機始終發(fā)展不起來的原因之一。因為發(fā)動機的研發(fā)周期長于飛機,同時立項必然滿足不了飛機的研制進度,所以立項時候總是按照飛機的進度定一個完成不了的節(jié)點,然后不斷的延期,很無奈。
言歸正題,正因為發(fā)動機的這種特殊地位,他只是飛機的一個配套產品,因此參數要按照飛機的要求確定,確定好參數后,在國際上找一款參數類似的發(fā)動機作為原準機,進行測仿。測仿也不是依葫蘆畫瓢,形容成照貓畫虎更貼切,照著原準機測繪,然后再設計,通過對某些部位的修改,滿足我們的參數要求。在這個過程中,就要逢山開路,遇水搭橋,原準機的材料我們沒有,就找替代,性能一般沒問題,壽命和經濟性沒法說,不斷改進唄;配合公差通過計算尺寸鏈確定,性能相關的尺寸就比較麻煩了,通常我們會按照我們的參數做數值計算,再不斷的做試驗,確定新參數,設計新尺寸。然后就是各種部件試驗,整機試驗…
說這些也是老黃歷了,從本世紀初的太行開始,我們就開始了發(fā)動機系列化之路,我們把發(fā)動機設計出來,作為貨架產品,等著飛機來選配。理念上已經跟國際接軌了。
現在,我們已經走在了正向設計的路上了,逆向設計基本上成為一段難忘的往事了。正向設計也不是閉門造車,別人好的經驗,優(yōu)秀的設計在尊重知識產權的基礎上拿來為我所用,努力提高自己的技術水平。畢竟我們是行業(yè)里的追趕者,前面的路還有很長。
作者:
猶之
時間:
2022-10-14 07:32
假設美國人送了一只NBA球隊來中國(注意這玩意兒是會開口說話的,每個人都能告訴你他自己的成長歷程),讓你照這哥幾個培養(yǎng)一只省籃球隊去競爭全運會冠軍,你能培養(yǎng)出來不?
而機械零件甚至還不會說話!沒人會告訴你,那里表面有個坑,是用來在加工過程中裝卡零件的。你拿起零件翻過來一看臥槽這形狀好復雜,你一輩子也想不明白這是怎么從一整塊料上切割下來的(從晶像分析可以知道絕不是鑄造的),其實人家是好幾個組件焊接的(牛逼就牛逼在能焊接的讓你看不出來)。
說個我自己經歷的真實例子:國內某化工廠進口的減速機,齒輪打壞了,找到我們讓我們給配一副齒輪??蛻糁苯影汛驂牡凝X輪寄給我們,也給了我們圖紙,讓我們照著加工。(搞機械的都知道,齒輪這東西,尺寸主要靠計算,所以測繪反而比較容易)
陸陸續(xù)續(xù)干了一個半月,東西弄的差不多了,我們在這中間也跟客戶有了更多溝通,逐漸了解到客戶那里的一些新情況:
1. 客戶的設備是70年代從東歐引進的,后來找國內高校和研究所改過無數次。目前的負載是最初老外核定負載的兩倍以上。
2. 這個不是減速機,而是增速機,轉速快的時候,輸出大概有4萬轉。
3. 負載比較大,工作的時候震動很大。
4. 大概每三到六個月就會打壞齒輪。
我們在不太忙的時候閑聊偶爾會說起客戶的這些事情,被我們的一個專家聽到了(這人本事不小,大國工匠拍的時候來拍他了,后來節(jié)目里沒看見他)。專家思量了一下,說這種設備不應該有那么大的震動,更不應該壞的這么頻繁,另外化工廠通常不能停機,這個設備壞了,一定切換備用的,現在應該是閑著的。專家極力讓我們聯(lián)系客戶,要把客戶的設備殼體拆下來發(fā)到我們這里來。
我們廢了好大勁說服客戶,我們自己去拆了拉回來的。測量后,發(fā)現一根齒輪軸的一個安裝孔偏了0.1x(2019-07-17:特此更正,原答案為0.015,后面補充說明)。專家又讓客戶把過去打壞的齒輪多發(fā)幾套過來,證實確實是齒輪受力不均勻導致的。然后專家拍板,將快干好的齒輪按照斜齒加工(傾斜的非常小,幾乎跟直齒完全一樣)。
后來我們的齒輪在現場安裝到設備里面,一開機,客戶的總工馬上說,這東西自打進口就是他在管,已經有二十年沒有聽到過這么小的聲音了!后來客戶把他其他的平行設備停掉,把配我們齒輪的這臺開到最大負載(改造后的最大負載,比原始設計的負載翻了一倍不止),兩年多終于把我們的齒輪也打壞了。
后來我們自己猜測,可能是在設備改造的過程中,設備殼體被意外撞擊過,導致發(fā)生了變形。
當然我們是不會吧這些細節(jié)告訴客戶的,我們就跟客戶說是完全按照他們給的圖紙加工的(圖紙是直齒),這樣他再找別人干,還是不如我們的耐用。
我們那副齒輪用到一年的時候,客戶來電話讓再干兩套,我們直接價格翻了一倍多,客戶采購那邊很不高興,但是客戶總工明確說只要我們的,責任他來擔!后來采購砍掉了我們價格的零頭成交了。(人家采購砍價也是算績效的,所以我們報價的時候就留了個零頭給他砍)
從這以后,客戶認為我們實在是太牛逼了,后來又找我們干了不少別的活。(在這之前客戶曾經找過無數高校和研究所,也找過歐洲原廠,都是最多用半年,原廠給解釋說是負載太高了)
這東西比起航空發(fā)動機簡單了不知道幾個數量級。通過這個例子,可以想象到,如果你只是拿到了一套加工好的東西,要做出性能完全一樣的,簡直就是天方夜譚。
航空發(fā)動機我還知道一點。這玩意兒要大修的。大修的時候基本就拆成螺釘螺帽了,有些軸承里面的滾子都要一個一個扣出來檢查更換。
所以你跟我說是焊死的?那別說大修了,平時維護都成問題啊。我相信那只是外行不懂的人找了個他自己想象中的理由罷了。
這東西別說不用焊死,就是當著你的面給你造一臺,你該弄不了還是弄不了!
七十年代末引進斯貝發(fā)動機(就是摔死林元帥那架飛機上用的發(fā)動機,有年頭了?。覀兪堑玫搅巳讏D紙的。咱們全國組織攻關,直到九十年代末,性能還沒有趕上摔死林元帥的那幾臺??!
到底差在哪?跟你說哪都差,現在差的多的領域基本沒有了,但是有很多是一致性和穩(wěn)定性不好。
所以,我們設計比別人差一點點,材料比別人差一點點,工藝比別人差一點點,管理比別人差一點點。。。。。。。。。最后我們的航發(fā)比別人差了一代?。?br /> 正是這每一個“一點點”支撐起了一個工業(yè)國家的競爭力。所以別幻想我們一發(fā)力就趕英超美了。每個人都踏踏實實干好自己的工作,給自己的要求就是每天抽出一小時學習新知識,每年都要比去年干的好,這樣到我孫子那一輩,咱們人均GDP趕上美國還是有希望的。
------ 2019-07-17 補充 ------
昨天碰到這個老專家,一起吃飯,順便請教了一下。以下內容基本上都是老專家說的。
1 關于孔位偏差
那個軸孔是偏了“十幾道”(也就是0.1x mm,精確數字不記得了)不可能是0.015,0.015這個精度在我們原來那個單位就接近測量和加工的極限了,所以,如果我們真的測量結果是偏了0.015,那也只能給個合格的結論,斷不敢憑借這個測量結果去干點啥的。
就算差了一個數量級,但是對于一個七八百(mm)大的減速箱來說,如果不是有意識去測量,是不會發(fā)現的。特別是,這種偏差基本上無法在現場測量出來。(所以原答案中這個倒是沒說錯)
2 關于如何形成的偏差
首先出廠的時候不可能有這么大的誤差(所以我在評論中說的一種可能“原本就有誤差,但是因為原來負載沒有那么大所以無所謂”是不成立的),因為這種軸孔只能是鏜床加工,這兩對軸孔肯定是一次裝卡后加工的,對于鏜床來說,如果有這么大的偏差,那床子就算廢了(或者,需要重新修磨軌道)。
修孔修壞了也不可能,這個東西不大,如果是修孔,應該是拆下來在鏜床上修孔,所以不可能有這么大的偏差。化工廠對大型設備檢修的時候,有一種現場修孔的方法(特別大的設備不好拆卸轉移的),專家說他也是聽別人說過,沒有親眼見過:專門做一根帶有移動刀架的軸,在現場將這根軸架到原來的軸孔中,找正原來的軸孔后,轉動這根軸來修孔(軸上有移動刀架,刀架上裝刀具。把一臺車床的床頭放到現場,用聯(lián)軸器連到這根軸上。)專家認為,這種方法應該是存在很多問題,他沒見過不好說具體是啥問題,但是除非實在沒辦法應該是不會這么干的。這個減速箱沒有多大,用不著這樣。
所以最有可能就是這個設備在檢修過程中發(fā)生過意外碰撞,導致了變形。
3 關于專家的學歷
文革期間組織上推薦上的工農兵大學,文革后他們都算大專,后來函授的本科。
評論中有人提到那個年代的的大專含金量很高,我也這樣恭維他,他說“別扯淡了”,他們一幫人都沒參加高考,大學里“啥樣的傻逼都有”,到了單位,還特么是“知識分子”,外行領導內行的事情多了去了,所以后來有些基層的工人看不慣他們這批人,他自己也看不慣“有些傻逼瞎JB指揮”,偏偏他自己是屬于只會干活不會吹牛的,所以沒當上領導。要說還是文革前的老大學生和八幾年之后的大學生素質高。
我說,你就很牛逼啊。他說,他這人就是有點小聰明,另外就是干廢的活比較多,攢了點經驗。(比較謙虛吧)
4 關于最后修成斜齒
其實在修斜齒之前,那個齒輪已經完全加工好了。所以修成斜齒之后,一方面是齒厚略薄,另一方面是表面硬化的那一層也會有點影響。
關于齒厚變?。簩τ趩蜗蛐D、負載穩(wěn)定的齒輪來說,其實只有一個齒面是工作面。評論中有人說漸開線齒輪對孔距的要求沒有那么嚴格,這個是對的。但是軸向有偏差后會導致受力不均,所以容易打壞。
關于表面硬化層受影響:齒輪加工的表面硬化,一個是滲碳淬火,然后精磨齒面,另一個是完全加工成型后滲氮處理。前者的硬化層比較厚(0.x mm),后者硬化層比較薄(~0.1 mm)。像這個齒輪,軸孔偏0.1x,由于齒輪寬度比齒輪軸長度小的多,因此真正在齒輪上的傾斜,可能兩端也就相差0.02~0.03,即使考慮加工過程中重新裝卡找正需要額外修磨掉的尺寸,也就是0.05~0.06,所以修磨成斜齒之后,是可以正常使用的。
作者:
索索
時間:
2022-10-14 09:06
#工程師#
機械行業(yè)真的是一個非常奧妙的行業(yè)。
謝耳朵總是瞧不起霍華德,其實事實上霍華德的能力很不見得就比謝耳朵差。
系統(tǒng)級總工程師所需要的綜合能力實際上要遠遠高于理論物理學家。
要害就在于誤差。
加工一個零件,設計是15.000mm寬,其實不是。是15.000+-0.008mm,到底是多少,極難知道。因為你切割的端面根本不是平的,到底是多少,取決于你量哪里。
磨一個平面,在設計圖上一平如鏡,實際上也不是。打一束激光上去觀察幾米外的反射點,你會發(fā)現反射點偏離理想位置。那意味著這個面其實是坑坑洼洼的。你去商場可以觀察一下,地面反射出來的燈光就常常是扭曲的。機械加工面幅度可能小,但本質上沒什么區(qū)別。
鉆一個深孔,筆筆直,實際上是微彎的,甚至是蛇形彎曲的。同心度并不夠,如果你拿來做滑膛炮的炮膛的話,同心度不足意味著發(fā)射后炮彈對膛壁的摩擦不均勻,于是發(fā)熱進一步的不均勻,不均勻的升溫會進一步的加劇炮管扭曲,每一炮看慢動作炮管都要劇烈形變,并且迅速的被高溫改變機械性能以至于不得不停止發(fā)射。
車一個圓,在最好的情況下也是一個實質的卵形,且實質上這最好的情況很少發(fā)生。
打一個軸心孔,不在正中心,就偏了那么微不足道的一點點,轉子轉動起來聲音就不對。隨后就會發(fā)現密閉不緊,功率不足。
擰上六個螺栓,緊固兩塊鋼板。只因為你先擰緊了一個,再擰緊其它,鋼板的應力就偏向一個角。稍遇震動,較緊的部位會最先金屬疲勞,結構性撕裂。
你要把一根6米長,直徑一米的軸裝進一個內徑一米的軸套,你要是橫著往里插,你會發(fā)現軸是彎的,軸頭垂著,軸套還是扁的——好像泡軟的意大利空心面。
于是你只能把軸套和軸都立起來從上往下裝。那要是你的廠房沒這么大空高呢?你知道船用汽輪機主軸有多長嗎?
然后是材料問題,無窮無盡的探傷、金相檢驗、性能測試。各種晶化、蠕變、疲勞、環(huán)境耐受問題。各種結構強度問題、抗拉性、高溫性能遷移問題。各種導電問題、絕緣問題、壓電效應、信號屏蔽、擊穿、散熱。防塵防水防酸防鹽防高溫防寒……一言難盡。
每一個環(huán)節(jié)都不理想,而且還會在工作中發(fā)生不同方向的偏移。這些誤差之間的交互關系極其復雜,垂向有繼承,橫向有交聯(lián)。不是一環(huán)扣一環(huán),而是一環(huán)扣幾環(huán),幾環(huán)扣幾環(huán)。
工程師就是誤差的巫師。控制得好,誤差互相抵消,開動起來還有“磨合效應”——越跑越順。甚至還有自維護性。
控制得不好,動都不動,硬動散架。
這些誤差的處置和管理是一門極其復雜的藝術。誤差在哪里,誰先誰后,誰在誰之上,對航空發(fā)動機這種復雜度的工業(yè)結晶而言,想要在沒有主動傳授的前提下純靠測量和試錯逆向破解,極其的困難。
如何準確的描述問題的復雜度呢?
我們打一個非常精準的比方——這在數學上非常類似基因組工程。
若干個基因共同決定生物的某一個性狀,我們可以大概的知道某些基因與某些性狀有關,但不知道具體是什么關聯(lián)。而同一個基因還以不特定的形式參與到其它形狀的表達中,具體機制也不清楚。改變一個基因位點,看似對整體性狀有一個確切的結果——譬如會把黑皮膚變成白皮膚——但你如果再改動其它的位點,就有可能又突然把白皮膚變成黑皮膚而且生出一個大耳垂。再多動一個呢,生出來的大耳垂、黑皮膚、但卻有先天心臟病。如果你把后面幾個基因都在這個狀態(tài)下固定,然后你去修改最初的那個“白皮膚基因”呢,誒,膚色又沒變。
將上述交纏擴大到幾百基因規(guī)模。你就差不多明白航空發(fā)動機的誤差工藝奧秘要破解起來是什么樣的復雜度了。
(特別聲明,以下內容是在3.8K贊數之后追加,不能認為贊同本答案的人一定贊同下面這一段話)
ok,好像很多人對前面那一句“系統(tǒng)級工程師所需要的綜合能力實際上要遠遠高于理論物理學家”反應很大,那么我就掰開了說一下這個問題。
這涉及到認識論的本質——在理論物理(或者一切理論研究,比如數學類研究)上的突破中,能力和訓練到底扮演什么樣的角色?
究其本質,人類只是“大腦信號處理機”。大腦中的念頭本質上只是得到兩階段加工的隨機放電現象。
首先不特定的因素促使你的大腦皮層放電,這個信號則會被一些你無法直接控制的潛在機制——也就是潛意識——加工成一個“靈感”。
也就是到這里,你才形成了一個“想法”。
到形成了有眉有眼的想法,人的顯式的思維過程才開始發(fā)生。到這里,我們才開始有了“咦,我來考慮一下這個可能性”的行為。從“我來考慮這個可能性”開始,人的直接思考能力——也就是“聰明才智”,才開始介入過程。
理論物理研究對這個過程高度的依賴。因為它是要在本來沒任何人想到的地方趟出路來。因此這條路的第一推動一定是一種無跡可尋、無力可借的“天賜”。決定物理學家是否能抓住那一閃念的要素有兩個,第一是潛意識的過程能不能將那一次放電加工成一個靈感的蛋,第二個是隨后的顯式的思維過程能不能順利的將這個靈感的蛋孵化。
第一階段是產生最初的閃念。如果最開始的閃念就沒能加工成一個靈感,那么也就根本不會啟動思維過程,自然也就沒有下文了。
第二階段,是對閃念的初篩。如果閃念加工成了靈感,卻在大腦里稍微轉了兩下念頭就發(fā)現了“難以解決的矛盾沖突”,它就會被極其快速的放棄。這種被早期放棄的閃念,甚至是不會留下什么明顯的記憶的,更加不必說被拿出來與人討論以至于流入科學社區(qū)成為一個被廣泛談論的東西了。
只有連闖兩關的優(yōu)勝者,才會進入第三階段——引起思考者自己足夠的重視,被念念不忘,不斷的投入更多的思考資源。連這一關也闖過了,它才會最后被投入學術聲望資源進行發(fā)表,被第二個人知道?!恢皇峭陡搴凸_發(fā)表,實際上僅僅是與同僚進行口頭討論,也已經是在拿自己的學術前途和名譽資本做賭注。
如果你仔細的查看這個過程,你會發(fā)現人自己的聰明才智介入的時點是很晚的。上面談到的第二階段里,人類做出最初判斷所依賴的是一種直覺。這種直覺對待這些原始的靈感是什么態(tài)度呢?很遺憾,是“寧錯殺,勿放過”。道理非常簡單——我們的智力資源極其有限,如果這個初篩機制把每一個原始閃念都放行到顯式思考階段,人將不會獲得更高的思考效能,而只會被無數的無意義的胡思亂想淹沒。在客觀第三者看來,你的表現不是“充滿智慧”,而是如同精神病患者,注意力渙散、邏輯混亂、思考缺少連貫性。恰恰是因為初篩機制的這種寧枉勿縱的特性,才使得你能夠對被它放行的靈感放心的投入資源。
那么高智能的人與普通人的差別在哪里?在于長期的專注訓練和積累使得他們的初篩機制對特定主題有更好的“直覺”,潛意識運轉時更不容易誤判“有原則問題”,因此能看到更多可能的潛在合理性。而一旦闖過這個潛意識判斷的階段,那個靈感的雛形也很容易獲得更多的資源成長為一種值得深究的假說。
但是——重點就在這個“但是”——但是最初的那個靈感本身是隨機的,是不受人控制的。
就如同人不能控制自己的夢境,至關重要的、能啟動這一切進城的第一推動——靈感——猶如風中的蒲公英種子。作為一塊土壤,你所能做的全部努力本質上不過是讓自己的變得肥沃,但無論你多么肥沃,你的能力也只體現在一旦有種子落在你身上你能呵護它長大。
你不能命令風如何吹,你對是否會有種子落在你身上沒有決定權。
想清楚這一點,投身于理論研究的人們才能擺脫一種致命的焦慮——研究沒有結果,思考沒有突破,并不是一個純然的能力問題,甚至可以說與你的能力并沒有太大的關系。
所以你不要焦慮,不要沮喪。你更首要的任務是決定你是否要在這樣一種“自我肥沃,長期等待”的游戲中堅持下去。
而越是理解“理論研究的關鍵并不在于能力,而在于長期堅持的態(tài)度和上天的賜予”的人,在心平氣和、日拱一卒的等待游戲中才占據戰(zhàn)略性的優(yōu)勢。而恰恰是因為他們能長期有效的堅持,他們作為靈感的土壤才會真的不斷更加的肥沃和有效,以至于漸漸的充滿生機,萬物生長——時??梢杂|類旁通,跨越原有的專業(yè)界限,無心插柳柳成蔭。
簡而言之——
越是認定理論物理研究是靠能力,認為“出成果說明能力強,不出成果說明沒能力”的人,越沒有機會真的看到出成果的那一天。而恰恰越是做這一行的人,越不能將理論物理研究的關鍵定義為能力。越這樣主張,自己的學術生命反而會越悲觀——他們往往最早轉行去投行。
將有建樹的理論物理學家推上“絕頂聰明”寶座的觀念,其實是一種大眾流行文化,一種新時代的單方面的偶像崇拜。而且恰恰是這種偶像崇拜,扭曲了青年進入這個領域的動機和基本姿態(tài)。
其實很多年輕人的學術生命都不該那么早就夭折的。他們誤以為沒有成果是“自己不夠聰明”,是“能力問題”。既然是“能力不足”,當然不如“及時止損”咯。
其實真正的問題是他們不夠誠懇——
理論物理研究更多的是一個“念念不忘,必有回響”的功夫,而不是什么“天才絕頂,一鳴驚人”的游戲。
是資質平平但因為念念不忘而走了運的誠懇者成功后被后人戴上了“天才”的皇冠,這才是理論物理研究的真相。要點在于智力正常而專注的念念不忘,不在于如何的“聰明”。
另一方面,單純從智力挑戰(zhàn)的艱難度而言,理論物理研究并不比復雜的工程問題挑戰(zhàn)大。
首先,是問題的規(guī)模上復雜工程常常比理論問題規(guī)模更大。如果比較的是現代的尖端系統(tǒng)工程,那么可以說很多工程的問題規(guī)模都是超出單個人腦所能處理的規(guī)模上限的。系統(tǒng)工程師、總設計師們,除了要有一個極其宏觀的認知能力、極強的思考利和判斷力,還需要掌握極其完整的知識結構,完全不能自限于“自己的專業(yè)”。他必須還要是一個團隊領導者和管理大師,有強烈的組織觀念和協(xié)調能力。因為他必須要能成為多個子方向專業(yè)部門的可靠的橋梁,要為每一個子方向和子部門提供超出他們本地局限的上下文。傳動不能這么做,可能是因為市場部門的局限;這個翼面布局不可行,不是因為空氣動力學不可行,而是出于駕駛員的生理限制;這個結構不可用,不是因為它做不出來,而是因為考慮到行業(yè)的普遍水平,很難找到能做這種維護的維修工程師,強行做出來售后部門會爆炸。
第二個原因,是因為理論問題是公共問題,而工程問題卻是一個私有問題。
理論問題之所以成其為問題,是建立在一種可以重復的、與時間和空間無關的普遍前提之上。所以是一種“公問題”。也因此理論研究者天生就有很多的可以相互溝通的同僚資源。
而工程問題之所以成其為問題,是建立在一個特定的特殊前提之上。是因為這條江、這座山、這種合金、這種工藝條件、這種市場態(tài)勢、這種特定需求,才有了你這個工程問題。即使不考慮保密限制,能與你有效溝通的也只有與你分享同一工程前提的人。假如在另一個大洲有一座一模一樣的山要挖這一模一樣的一個隧道,那么你們彼此間才能享有理論物理學家那樣的討論條件。這種事情雖然不能說完全沒有,但是即使有,又能有多少人呢?而這些人又為什么要無償的向你分享他們的知識產權呢?在大多數時候,雙方之間還是天然的敵我競爭關系,不但不能溝通,反而要絞盡腦汁的互相保密——設計殲20的設計師根本不可能指望F22或者F35的設計師給他任何指點。
本來問題就是在全世界范圍內進行極限競爭,而能援助你的卻只有極少的參與者。問題的難度和規(guī)模不在理論物理研究之下,但是學術條件卻遠比后者惡劣。那么當然可以說前者的綜合能力要求要高于后者。
第三,總的來說,理論物理學家如果有所建樹,往往比系統(tǒng)工程師享有卓越得多的名望。道理很簡單——理論問題是一個普遍的問題,因此受益者也就是普遍的。而系統(tǒng)問題是“私問題”,哪怕是大到如三峽工程這種規(guī)模,它也僅僅只惠及到很少部分人的很少部分生活。因為在“可感知度”上的天然差異,導致了對理論物理學家并不對稱的文化崇拜。這種崇拜其實與他們的能力并不對稱,并不能因此推論出理論物理學家一定比系統(tǒng)工程師能力強。
題外話就說到這里。
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作者:
怪小孩
時間:
2022-10-14 10:49
不用焊死, 把所有,零件攤開給你一個一個測量過去都行.
我猜你大概率不是機械相關專業(yè)的. 所以不明白材料學和公差的重要性.
首先, 同樣的材料, 即便你知道成份配比, 知道化學成份, 但不代表你就能生產得出來.
然后即便給你同樣的原料, 你加工尺寸成型之后還有很多工序, 比如應力, 比如表面處理等等.
最后, 公差絕對是普通人毫無概念的東西, 它可以影響到裝配之后的運行效率和使用壽命.
這一點我要舉個例子,大家才會明白:
比如某個零件的設計尺寸(長度)是15mm, 公差是±0.015mm, 那就表明這個零件的生產尺寸在14.985mm~15.015mm之間都是合格的. 因為實際生產中, 總歸是有誤差存在的, 所以剛剛好好15mm一點都不差的零件實際上是
不存在的!
但是在整體設計的時候, 考慮到和這個零件配合的其他零件的誤差(所有零件都有誤差), 給出了這么一個允許的誤差范圍.
所以, 你可能測量到的零件是14.9888mm(誰知道別人的設計公差是多少? 測繪拷貝總歸是有多少精度都用上咯) 你也不知道人家所有零件的公差范圍是多少, 而且每一個零件可能有多個相互配合的零件(每一個都有誤差范圍哦). 你只能"估計"一個誤差, 比如0.005mm吧? 那么你復制出來的這個零件就是14.9888±0.005mm. 也就意味著, 你生產出來的零件的尺寸下限是 14.9838mm(相對于原來的設計標準, 已經不合格了)
然后, 一個發(fā)動機有多少零件, 你自己考慮一下吧.
你覺得這樣復制出來的發(fā)動機性能還能夠和原來的相比么? 肯定不能!
所以, 尺寸復制什么的, 都是最初級,最原始的復制方式, 搞懂吃透原理才是根本.
但是這就像程序員常說的"看別人的代碼". 甚至這比看別人的代碼更難. 因為發(fā)動機還要配合控制方式(軟件)才能發(fā)揮最大作用. 不是像二踢腳那么簡單粗暴, 不同狀態(tài)下的控制都是按照設計思路來的.
所以, 你現在還覺得"焊死"是什么問題么?
根本不是!
人家敢賣給你, 還真的就不怕你抄. 給你抄都沒有用的.
順便說一句, 即便人家把所有原廠零件統(tǒng)統(tǒng)給你, 你也裝配不出一樣性能的發(fā)動機來, 你信不信? 因為還有一種東西叫做"裝配工藝", 講究的就是零件之間的尺寸公差. (貼近生活的例子可以參考:原廠裝配, 4S店換零件, 野雞廠換零件,哪怕都是一樣的零件也都是不同的效果)
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咦, 題目改了呀, 原來好像是"聽說當年從蘇聯(lián)引進的飛機發(fā)動機是焊死的, 是為了防止被破解"之類的.
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