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航空学报

航空发动机之所以难造,缺少“哲科思维”与“

“工业皇冠”航空发动机是人类制造发明的最精密、最复杂的工业产品之一。减重与增推、高温与转速、负荷与寿命,多个矛盾体同时出现在发动机上,是对一个国家基础科学、制造工艺的终极考验。本文本着刀刃向内、追根求源的方式,与大家共同探索我国发动机难产的根本性原因。

300多年前,牛顿发表了《自然哲学的数学原理》,提出了力学的三大定律和万有引力定律,探讨了流体力学,最终提出了基于经典物理的宇宙观。航空发动机的基础科学理论并未突破牛顿的理论体系,理论力学、材料力学、气动力学、断裂力学、弹性力学、流体力学等理论全部是经典力学的产物,航空发动机不过是牛顿经典力学的应用罢了。令人奇怪的是,牛顿用“哲学”、“数学”这两个词去给自己的物理学力学理论著作起名,好似取错了名字。其实不然,哲学是科学之母、数学是科学之基。牛顿用哲学追求终极的思路进行科学研究,用数学的精密逻辑推演力学方程,从而才有了经典力学的传世之作。看似简单的经典力学理论,如果没有科学精神,如果没有哲学与数学作为工具,就不会诞生。

伟大哲学家、科学家牛顿再回到牛顿的初衷,由一个苹果落地联想到了万有引力,这是对真理的终极追问;脱离应用层面的数学精密逻辑推理,这是高级智慧调动的哲科思维。而我们的文化奉行“眼见为实、学以致用”为真理,与怀疑一切的哲科思维格格不入,科学研究始终局限于已有基础理论的应用层面,陷入了没有科学大师的尴尬境地。航空发动机作为经典力学应用的巅峰之作,基础理论的再创新,数学方法的深度运用,决定了各国航空发动机发展水平的天花板高度。

AL-31F发动机,上侧部分为附件机匣俄罗斯是数学领域的强国,迄今已有9位菲尔兹奖得主,莫斯科大学的莫斯科学派名震江湖。俄罗斯人的数学天赋充分体现在航空发动机制造领域,以AL-31F发动机的附件机匣为例,这是一个控制调节发动机转速与供油的机械设备,相当于自动挡汽车的变速箱,但比变速箱复杂100倍。打开机匣,会看到燃油、滑油导管密布,各种非线性机构(比如凹凸转轮可以模板微积分算法)密集排布,俄罗斯数学家就是用非线性机构模拟数学算法,达到控制发动机转速及供油的目的,这是一个典型的数学原理机械模型,集中体现了俄罗斯数学基础理论与应用水平的深度与广度。在涡扇-10发动机研发中,借鉴了AL-31F发动机控制机构的大部分设计。俄罗斯基础科学的成功,源自于彼得大帝对西方的全方位学习,以及苏俄对青少年的一以贯之的哲科思维基础培训,这是应该值得我们去学习的。

唯美的发动机叶片除了哲科思维,决定航空发动机技术水平的就是工匠精神了。作为“基建狂魔”的我们,工匠精神是有的,但离航空发动机高端制造的标准还有不少差距。一个叶片的加工工艺,不仅仅是科学家实验室的产物,更是高级技工长时间实践经验的积累。人一生的精力与时间是有限的,必须毕其一生专注于一个领域,才能取得超过常人的成就。如果一线产业工人想着坐空调房办公室、升官仕途,那么根本就没有培养顶级工匠的土壤。

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