我相信，几乎所有的关心中国航空发动机发展的朋友都看过一个很典型的结论：中国航空发动机不好是因为中国的材料不行。甚至于有的人还会添油加醋地说：“中国的发动机图纸都画的出来，但是因为材料原因根本就造不出来”。

中国的太行发动机

那么事实真的是这样吗？中国的航空发动机真的是输在材料上吗？

我的答案是：中国的航空发动机确实会面临材料上的问题，但是材料问题不是制约中国航空发动机的根本问题，解决这个问题也不是单纯靠发展材料能够解决的。

发动机故障往往最直接的表现都是材料性能不足

简单说，航空发动机中的很多故障最直接的表现就是发动机里面的什么零件断掉了，或者裂开来了。比如说航空发动机里面经常会出现的叶片断裂故障。

航空发动机上的叶片断裂

一个零件为什么会出现裂纹或者整个断开？其实最直接的原因就是：这个材料已经承受不住外界对这个零件施加的载荷了，所以才裂开或者断开的。

比如说下图就是一个最简单的零件，我们通过一个力F用力拉这个杆子的两端，从而引起了零件内部的应力，当应力超过这个材料的极限之后，零件就会断裂了。

用外力F把杆子往两侧拉

而且发动机中的零件远远不是承受静力这么简单，而是处于一个振动的环境下，振动在零件中产生的力是“动态”的，忽大忽小，而在这样的振动应力作用下，材料的破坏要容易得多。最简单的例子就是：你单凭蛮力拉，拉不坏一根钢丝，但是只要反复折两下，钢丝就坏掉了。

你拉不断钢丝，但是只要折两下钢丝就断了

所以，航空发动机的故障一般都是零件的材料受不了巨大的振动应力，所以才发生了裂纹和断裂。

但是，这归根结底不是材料的问题，也不是发展材料可以解决的

有人就要说了，材料受不了这么大的振动应力，那你就发明出来能够承受得了这么大振动应力的材料，那不正说明了航空发动机造不好是材料问题吗？

这个说法很对，但是我举个极端的例子大家就明白了：

一个人开枪打死了另一个人，被打死的那个人死亡的直接原因是什么？直接原因是头骨不够硬所以被子弹打穿了。那么是不是说，责任都在被打死的人，以后防止枪杀案的方法就是大家去想办法锻炼增强自己头骨的硬度呢？

明眼人一看就知道，这种说法是非常荒谬的，但是荒谬在哪儿呢？原因就是，头骨你再怎么锻炼都不可能挡住子弹，所以唯一防止人被枪打死的方法就是抓住开枪的那个人。

因为发动机中的振动不是普通的振动，而是“共振”。所谓的共振，就是如果你用一个固定的速度快速敲击一个物体（不同的敲击频率），发现在某一个敲击的速度下，这个物体居然越振越厉害，最后根本就停不下来。比如说我们推秋千，会推的人就会发现，用某一个速度反复推秋千会越荡越厉害，必须要停下来，不然就可能出危险——而这就是共振。

秋千中的“共振”

下图中的直升机就是遇到了共振。可以发现一开始振动还不大，但是越振越厉害，最后整个飞机都碎成了渣。在共振状态下，因为振动的幅度是没有上限的（因为越振越厉害），所以理论上再厉害的材料遇到共振都一定会坏。

直升机上的共振

所以说，不把振动的问题解决，只发展材料是没用的。那种“中国只要有了好材料发动机就能够造出来”的论点，只是欺负外行人不懂。

避免航空发动机中的振动才解决问题的根源

造成发动机中产生“振动”的原因是多种多样的，比如说高速转动的转子如果设计的不好，就会发生共振。

转子的振动

另外，气流的流动、燃料燃烧时的波动都会造成发动机中零件的振动，比如说下图就是在模拟发动机叶片的振动（图片是通过高速摄像机拍摄的）。

高速摄像机下的叶片振动

所以想要避免发动机的故障，就是要解决这些振动的起源，从根源上就把发动机的故障给排除掉。

比如说，发动机中的转子，你设计成这个形状它就会在工作状态下振动；你设计成那个样子就不振动了。再比如说，发动机的叶片有一种技术叫做“错频减振”，意思就是我让一个轮盘上的很多个叶片之间有轻微的差异，防止一个叶片振动、带动其他所有叶片振动。

一个轮盘上的叶片互相之间都是有细微差别的

以上这些措施，都不需要改变材料，只需要改变设计就行了。

所以说，“设计能力”是解决这些发动机故障的最根本的措施。改进材料也是可以增强发动机性能的，但是属于“锦上添花”，设计能力提不上去，都是白瞎。

总结

航空发动机中的故障直观体现都是材料的破坏，但是究其根源，是航空发动机设计不到位让内部产生了振动。在发生共振的情况下，提高材料的性能根本就没有意义。

所以制约中国航空发动机发展的，不是什么“材料问题”，而是真真正正的“设计问题”，我们的设计根本就没有能够避免这些振动的发生，空谈材料实在“头痛医头、脚痛医脚”，结果只是事倍功半。