又到了周末专案兼管理恶棍的嘴砲时间,今天来嘴砲雷射凿孔、陶瓷包覆与发动机叶片。
故事是这样开始的:
本周跟美国的工程师开会,忽然聊到大家毕业后第一个专案,甚至业务部门主管还消遣说整
个三小时会议快变成The Big Bang Theory影集的一集了。
美国那个年届耳顺的资深技术总监,提到他在位于俄亥俄州的航空部门的时候,第一个案子
是如何在发动机叶片上用雷射钻孔制造空气阻热的研究。那时候还是1980年代,等于说美国
早在“冷战时期”(!)就在投入这个技术的军事研发及实用化。
这个资深技术总监毕业于跟新竹市长高虹安相同的University of Cincinnati(辛辛那提大
学),主修是计算机及数学,那个年代的辛辛那提大学,计算机学门是在数学系之下。而辛
辛那提大学的强大机械工程背景,让他们的计算机学门也沾染了不少关于应用在机械上的色
彩,这也是那一带毕业生都很容易进入航太等重工领域。
到这里,一堆不是相关领域的人应该很傻眼,我们各式先进战斗机上的叶片居然有雷射小孔
跟陶瓷包覆?
实际上,这一堆在叶片上,经过数学精密计算及实作测试的微小空洞们,负担了非常重要隔
热的动作,让战斗机引擎可以负担更长时间的操作,而且减少材质因为过热变质的风险;而
陶瓷提供了稳定构型来压制形变的机制。请记好,微型气膜冷却孔要在包覆陶瓷材质之前就
要做好,还要确保包覆就算在小孔周边都能有效均质。
而这个技术,在西元2020年正式专利失效:
https://patents.google.com/patent/US6573474B1/en
基本概念就是在叶片切风时,透过设计过(170-250度切角)微小的空隙,让透过的空气在
另一面形成稀薄的空气层达到冷却隔热的目的,而在凿完洞之后用陶瓷材料覆蓋叶片更能提
高叶片寿命。
这个网页第一段有通俗的解释(这家毕竟是卖这种打孔机的公司):
https://hexagon.com/resources/resource-library/aero-engine-turbine-blade-cooling
-holes-inspection
https://reurl.cc/nDkVbn
给相关领域大二及以下大专学生看的内容。
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433220327586
https://reurl.cc/dDRrjk
关键字用:
turbine blade cooling holes(凿孔)
thermal barrier coatings(材质包覆膜层)
例如这两篇:
https://www.caeses.com/blog/2019/turbine-blade-cooling/
https://www.laserfocusworld.com/industrial-laser-solutions/article/14216549/lase
r-drilling-aids-cool-running-for-gas-turbines
https://reurl.cc/kXm5j9
如果要看中文,请用以下关键字组合:
发动机 叶片 气膜冷却孔
但是很遗憾的,基本上都是简体中文。例如这个:
https://www.6parkbbs.com/index.php?app=index&act=view&cid=2196575
从中国的网页来看,中国是在2014年确实得知这个非对称凿孔及陶瓷包覆技术的重要性,然
后在2020年专利过期后,进行了非常大量的研究跟实验,也导致涡扇15发动机有重大的突破
。
啊!台湾所有相关领域都死光了吗?当然不可能,因为都能设计制造这种打孔机了:
https://www.quaser.com/tw/products/detail-55
至于为何很少看到繁体中文相关文章,我认为主要是因为飞机发动机研发都掌握在汉翔、中
科院、工研院、空军手上,并没有大量民营企业投入整个制造环节。
之前台湾的织女星计划,我个人认为应该也是在掌握引擎材料及设计的知识,用于未来的各
式载人飞机及高性能无人机。
周末专案兼管理恶棍之嘴砲结束。