戰(zhàn)斗機(jī)尾部不斷“噴火”溫度可達(dá)2000℃，為什么不會融化？
自從渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)被發(fā)明之后，渦扇發(fā)動機(jī)就以推力大、推進(jìn)效率高、高速性能優(yōu)異等優(yōu)勢取代了活塞式發(fā)動機(jī)，成為現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的首選發(fā)動機(jī)。而渦扇發(fā)動機(jī)的主要工作原理將空氣由進(jìn)氣道吸入、在燃燒室中與燃油混合點火、在尾噴口噴出高溫高速氣體，產(chǎn)生反作用力推動飛行器向前飛行。
為此，我們經(jīng)常看到安裝渦扇發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)飛行時尾部會噴出長長的“火焰”，那渦扇發(fā)動機(jī)為何不會因此融化呢？其實，雖然渦扇發(fā)動機(jī)的尾噴口一直在“噴火”，但此處的溫度并不算高，一般在600攝氏度左右，不少耐高溫的材料都可以承受這一溫度。
而渦扇發(fā)動機(jī)溫度最高的地方是在燃燒室，燃燒室是經(jīng)過壓縮的空氣與燃油混合后燃燒膨脹的地方，這里的溫度最高一般在2000攝氏度左右。
而燃燒室屬于空腔結(jié)構(gòu)，只有燃燒室內(nèi)壁與高溫氣體接觸，單面接觸（像鐵鍋一樣）再加上耐高溫材料，承受高溫的能力較強(qiáng)，所以2000℃的高溫氣體也不能將發(fā)動機(jī)融化。
反而在燃燒室的出口處，也就是渦輪機(jī)前面（又稱渦輪前）才是對渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)要求最高的地方，因為最前面的渦輪葉片需要“直面”高溫氣體的持續(xù)沖擊，且很難冷卻散熱，而目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的第四代小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)渦輪前溫度標(biāo)準(zhǔn)為1850K-2000K（約1600℃-1700℃），已經(jīng)超過了大多數(shù)材料的熔點。
為了應(yīng)對這一溫度，第三代渦扇發(fā)動機(jī)大多使用定向凝固高溫合金（使用溫度1273K），作為制作渦輪葉片的材料；第四代渦扇發(fā)動機(jī)則使用單晶合金（一次成型、分子排序一模一樣），再添加鎳、錸、鈷等稀有金屬材料使得葉片的使用溫度可以達(dá)到1470K（約合1200℃）。
不過，1200℃的單晶合金葉片依然無法達(dá)到第四代渦扇發(fā)動機(jī)近1700℃的渦輪前溫度要求，而這就需要為發(fā)動機(jī)葉片增加散熱技術(shù)了。因為，發(fā)動機(jī)渦輪葉片表面全部“沐浴”在高溫氣體中無法散熱，就只能通過頁面內(nèi)部進(jìn)行冷卻散熱了，所以也就出現(xiàn)了單晶空心葉片，空心的葉片可使低溫氣流從渦輪葉片內(nèi)部通過，此舉大幅度降低了葉片的溫度，從而使得渦扇發(fā)動機(jī)的耐高溫能力提高了不少。
而隨著第六代戰(zhàn)斗機(jī)被提上日程，各國也已經(jīng)開始了第五代渦扇發(fā)動機(jī)的研發(fā)，而第五代渦扇發(fā)動機(jī)要求渦輪前溫度需要達(dá)到2100K-2200K（1830℃-1930℃），這也對發(fā)動機(jī)渦輪葉片的技術(shù)要求進(jìn)一步提升，所以金屬間化合物、雙層壁超冷渦輪葉片即將登場。
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