小白想问一个问题，是关于帕奴利定理的。
zwh1991 发表于
呵呵，我是看你发的贴和那边一模一样
哈哈，被看出来了
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天涯量子 发表于
2） 如果我们没有学过大二的流体力学，只要学过大一的气体分子动力学，我们照样可以分析机翼的升力。 ...
& && &前面的一个回帖是在夜间匆忙赶写出来的，比较粗糙。
& & 主要的不足一个是没有强调声学共振现象在工程设计和分析时的重要性，一定不要忽略它，漏掉它。因为这个现象常常颠覆我们的常识和判断，也因为身边的工程师常犯的错误不时的和忽略它/漏掉它有关。每一次的教训都是以时间和金钱为代价的，所以想在这里给大家提个醒。具体的案例不便说，笼统的说就是和系统集成之后的服役时间变短有关。但是，我们可以通过看两个生活中的案例，来说明声学共振现象是如何颠覆我们的常识的。不信的话，可以找一两个有工作经验的工程师来考考看，没准他们也会被这两个案例中的问题绊倒的：小时候上山砍柴，如果锋利的刀刃进入木头太深了，取不出来了。按照常识，找块石头对准柴刀砸它七八下，直到砸它出来为止。如果应用声学共振知识，就可以知道柴刀的长度小，它的声学半波长度小声频大振幅小，而木柴的长度大，半波长度大声频小振幅大，刀刃处的豁口就很大，所以父辈们教给我的方法是找块石头对准木柴轻轻地砸它一下，柴刀就掉下来了。第二个例子是煮面条时泡沫溢出来了。以为是因为有了蒸汽泡鼓出来，压力变得太高的缘故。于是就移动锅盖，让锅里锅外的静压强设法平衡。结果被锅盖罩着的那部分照样鼓泡外溢。以为是水温超过沸点太多的缘故，就测了一下水温。结果水温低于100度时照样鼓泡外溢。是不是汽泡破裂时，爆震波在气液界面处的波节真能降低气相的压强，使得液相汽泡的新相生成阻力减少？这个问题的答案我还在思考。
& & 另一个不足是没有强调伯努利定理关系式的一维敞开二维封闭的应用条件要求是刚性的封闭界面。否则，你就用橡皮膜做个文丘里喉管来试试，看它能不能实现总压守恒，看它能不能在喉部抽吸它处的流体过来？肯定是不能的。有同学在后面的讨论中坚持认为在三维敞开的体系里可以用伯努利方程，这就连橡皮膜也不用了。这种情况只有当体系内的流体有正常的粘度（由雷诺数定义它），体系外的流体有极端的粘度才是正确的。有这样的体系的例子吗？
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& && &3) 工程师不喜欢用唯象理论去分析一个具体部件的工作机理，比如说机翼的升力，这是真的。但要说电子轨道理论是唯象理论的一个典型例子，实在有点冤枉它了。在量子力学里，由薛定谔波函数方程求解得到的电子轨道理论是非常图象化的，相比之下，海森堡经过3年之久的反复苦苦思考（），为什么他的量子理论工具，矩阵力学里的动量P与位置Q不遵从乘法交换律？而发现的共轭量不确定性原理，那才是个十足的唯象理论。
& & 如果没有电子轨道理论，那些开发高温合金材料的工程师们至今也走不出用球形金属原子模型的堆积方式和堆积密度去理解合金强度的理论，至于高温服役带来的晶格动能效应折算成的晶格斥力势能是如何被高温合金材料特有的反馈键的引力势能补偿抵消掉的，只好在黑暗中抓瞎和在云山雾川中猜想了。
& & 有了电子轨道理论，我们就可以很清晰的知道，金属原子的外表，人称前线电子轨道，是什么样子的。至少，它们不是绝对球形的样子了。
& & 这里举两个与发动机材料有关的合金例子，来给非材料系的同学们科普一下前线电子轨道的概念，一个是铝合金，它的单位重量的比强度很大，再一个是镍基合金，它的强度-温度衰减系数很小。
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& && &铝的最前线轨道是由一个p电子在一个哑铃型空间里不停地出没而形成的。如果所有的哑铃取纵向沿直线排列，两个相邻哑铃里的电子就可以在两个铝原子间交换和互访了。以前的说法，这叫p轨道重叠形成西格玛键。现在的说法，这叫原子间交换p电子形成西格玛键。
& & 交换某量子会产生某某粒子间的引力势场的理论是汤川秀树的原创，例如核子间交换介子产生核子引力，原子间交换电子产生化学键力，电子间交换超导材料晶格内的声子产生电子的凝聚力。
& & 铝的次前线轨道是由两个s电子在一个球型空间里不停地出没而形成的。具有金属化特色的（原子按晶格作周期化排列）s电子轨道是这样的：它与相邻原子的s轨道交换电子时不需要特定的方向和正负号，谁挨上了就和谁交换，它的半径很大，密度很松散，不但把邻居罩上了，把邻居的邻居也罩上了。这两个特色协同起来就使得每一个s电子能在整个金属晶体内部做交换运动，形成一个巨大的s离域键了。
& & 根据泡利不相容原理，这个巨大的s离域键为了能容纳巨量的s电子，它的键能级不得不以s轨道能级为中心上下位移巨量次，由一个能级闪身出巨量个能级，密密麻麻的，远看就像一个能带。带中两个相邻的精细能级的间隔是多少，我也不知道，但肯定是分立的不是连续的。
& & s带中的每根精细能级说起来可以容纳两个自旋相反的电子，但实际上接近带顶的时候，成对状态下的电子会借助成对态排斥能弹跳到空的最前线轨道p轨道上，享受洪特规则去了。所以带顶附近的精细能级里是不会有成对电子在出没的。要问带顶的s电子的能级进阶和轨道转换会不会产生顺磁性，我也不知道，但可以肯定的是，s电子的能带被部分腾空了，可以赋有导电能力了。满带的电子是没有载流子能力的。
& & 进阶到空的p轨道上的电子由于体位和方向性的要求，只能和另一条铝原子链里的同样身份同样体位的p电子进行交换运动，形成派爱键。总结一下，西格玛键让铝原子连成了链，派爱键让两个铝原子链联成了梯，再由两个梯联成了网。西格玛键和派爱键都同属共价键，大s离域键让金属铝有了延展性，共价键让金属铝有了一定的拉/压弹性和傲人的比强度。
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& && &美中不足的是，这里的共价键中的派爱键成分是很弱的，因为能够荣幸又高兴地从满s带顶进阶到空的p轨道的电子数目还是很少很少的。这么点拉/压弹性和比强度让研发航空发动机的工程师们提不起兴趣。有没有办法让迁移到空的p轨道的电子数目多点起来呢？从原理上来说，就是要让s带顶变得高一些，或者让空的p轨道能级变得低一些。这就好比在抱蓝弹跳的高度（成对态电子的排斥能）各人都是差不多的情况下，让投篮手长得高一些，或者让蓝板放得低一些，进球次数就多起来了。
& & 如何让s带顶变得高一些，金属材料工程师们还没有好办法。虽然升高服役温度可以提高带顶能位，但那是个杀敌一千自损八百的烂招儿，没人喜欢用。如何让铝原子的空p轨道能级变得低一些，金属材料工程师们确实有好办法。那就是用镍去合金化铝。金属化的镍的d轨道具有很强的电负性。只要谁家的电子轨道的相位/体位/方向和它对得上，那么谁家的电子轨道挨上镍的d轨道，谁家的电子轨道能级就会矮下去一大截。这里现抄几个镍的左邻右舍的前线电子轨道给同学们看一下，通过比较就很容易明白为什么镍的d轨道电负性（抽吸电子的能力）是很强的：Co (3d)7(4s)2,&&Ni&&(3d)8(4s)2,&&Cu (3d)10(4s)1,&&Zn&&(3d)10(4s)2。我们发现，在第4周期的过渡金属中，能级低的次前线轨道4s都有满员的2个电子，能级高的最前线轨道3d按照原子序数依次增加1个电子数，这个规律碰到Cu 时就出事了。Cu的最前线轨道3d按理应该有9个电子，但是，由于9个电子的3d最前线轨道具有极强的电负性，强到能把低能级的次前线轨道4s上的一个电子给抽过来，填到了高能级的最前线轨道3d里面。结果，Cu的4s轨道打破满员规律，只有1个电子，3d轨道打破原子序数规律，提前拥有10个电子。
& & 孤立的镍原子只有8个d电子，当然不会有显著的电负性。但是，镍原子们在金属化以后，它们的4s能带一扩展，带顶上的电子就有能力向上蹦跳到3d轨道上，使得一部分镍原子们先阔起来，获得具有极强电负性的9电子3d轨道。由这样的镍原子的3d轨道横接在铝原子链之间形成派爱键，比起原先的由自家的3P轨道形成的派爱键，要强力得多了。它会帮助铝原子降低3p轨道的能级，使得铝原子的3s大离域键里的自由电子像龙转风般地被抽吸到3p轨道上，然后和镍原子的3d轨道构建派爱键。要问镍和铝合金化后，电导率是否会下降，我也不知道。但我知道延展性肯定是下降很多了。
& & 只要想一想镍铝合金的粉末需要万吨级的等静压模压机才能成型，就知道镍铝合金的延展性是多么的不上路了。机械式的模压机只适用于那些不需要增进压延性的粉末，象镍铝合金这种压延性很差的粉末就不适用了。等静压的意思是指被加工部件受到的压力来自四面八方包围着它的液体，这种均匀受压的结果就是增进受压固体的压延性甚至是塑变性，比如巨型岩石切入地幔层以后受到强大的静压强，也会变成塑性流体的。金属和岩石在极端静压强下的超塑性和它们的化学键类型无关，而和等离子激子的态密度升高有关。
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& && &只要想一想镍铝合金的粉末需要万吨级的等静压模压机才能成型，就知道镍铝合金的延展性是多么的不上路了。机械式的模压机只适用于那些不需要增进压延性的粉末，象镍铝合金这种压延性很差的粉末就不适用了。等静压的意思是指被加工部件受到的压力来自四面八方包围着它的流体，这种均匀受压的结果就是增进受压固体的压延性甚至是塑变性，比如巨型岩石切入地幔层以后受到强大的静压强，也会变成塑性流体的。金属和岩石在极端静压强下的超塑性和它们的化学键类型无关，而和等离子激子的态密度升高有关。
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& && &前面介绍过，s轨道是球形的，p轨道是哑铃型的。d轨道的形状还未介绍过。高温服役带来的晶格动能效应折算成的晶格斥力势能是如何被镍基高温合金材料特有的反馈键的引力势能补偿抵消掉的，就是和镍原子的d轨道的形状有关。d轨道的形状的剖面，5个中有4个是4瓣型的（记得p轨道的剖面是2瓣型的，饶轴旋转后呈哑铃型），每个瓣的饶轴旋转体是茄子型的。d轨道的角动量比p轨道大，所以它的瓣轴长度比铝原子的p轨道的瓣轴长度大。由于铝原子的p轨道只有二个瓣，所以需要铝原子链中的二个相邻铝原子同时与镍组合才能实现d-p轨道电子交换，构成派爱键。由于二个铝原子的间距比较小，所以它们的两个p轨道合起来与镍原子的一个d轨道交换电子时就会有点勉强。这相当于让一个矮个子和一个高个子在一起贴身时有点勉强是一样的。一个结合力强的派爱键，除了在相位/体位/方向上对得上，还须在体型长度上也要对得上，否则象矮个子/高个子合在一起顾得了上面的两点就顾不了下面的一点。
& & 高温服役带来的晶格动能增加效应折算成的晶格斥力势能增加，在势能~距离曲线上反映在，斥力势能分支线的向上平移引起势阱底向上向右（向正向远）的移动。具体到铝原子链中的二个相邻铝原子的情形下，也就是这两者的平衡距离变大了，所携带的两个p轨道的间距被扯大了。这相当于矮个子被高温服役，亦即增高魔法拉扯了一下，变得和高个子有一样的体型了。于是，左右折腾了一回，还得回到原先的紧密结合态。
& & 通过西格玛键和派爱键的组合形成抗高温的机械性能的镍基合金，有一个最大的缺点，就是由于比重大，使得比强度不是很上路。
& & 轨道角动量比d轨道还大的轨道是f轨道，它在原子平均半径之外的空间里所能伸展的深远程度，是d轨道望尘莫及的。它的电子通过轨道磁场作用与其它电子的自旋方向的耦合作用（人称轨旋耦合作用），也是d轨道望尘莫及的。将极少量的有f轨道活性的稀土元素，比如说铈，加入到铝中，可以非常显著地提高铝的高温机械性能。熔炼过程中稀土元素加入量的去向，除去熔体造渣精炼净化和晶界变质组织细化这两个方向，真正进入微合金化相的只有0.3%左右。这种比重不增加，机械性能却能增加的好东东，目前正是一些航空发动机大国正在闷声大开发的一个方向。它的原理我一直没有想明白。如果有那位高人想明白了，以后新出来的铝合金就不是什么基了，而是什么系了。但有一点我可以肯定下来的是，这种铝合金的高温性能靠的不是什么化学键。这么点鼻屎一样多的稀土怎么够摆弄出化学键啊？有可能靠的就是4f轨道的长程耦合作用，使得远近各处的铝原子的3s大离域键里的自由电子通过4f电子的轨旋耦合作用能够进行远程的自旋交换。而根据汤川秀树的理论，两个粒子间不管是相邻的还是相隔的，只要是交换了某种量子，就会有结合力。由于这个结合力是远程的，当然就和温度变化无关了。
& & 有兴趣的同学可以自学一下f轨道的更多细节，在超比强超高温的航发用合金材料的研发中，更上一层楼。
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天涯量子 发表于
只要想一想镍铝合金的粉末需要万吨级的等静压模压机才能成型，就知道镍铝合金的延展性是多么的不上 ...
连续两天看了你的回复，真热心，而且是专家，佩服
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& && &上个周末，在介绍金属键时，提到过它的（离域键+共价键+自旋交换）组合。这里补充一点，离域键上的电子，或多或少，有一部分是逸出晶粒之外的。这些逸出的电子把整个晶粒当成一个准原子核，在晶粒的正荷势场作用下形成晶粒外自洽轨道和晶粒外电子云密度分布。当金属受到外力的强烈压缩，它内部的原子被迫离开平衡距离处的位置而相互接近时，由于强烈的排斥作用导致共价键能位升得太高，原先从s带顶弹跳到p或d轨道上的电子会觉得今非昔比，于是海归到了s轨道上，去加入离域键，去拉高晶粒外的电子云密度了。其宏观表现之一就是还原电位降低，比如水下钢结构件螺栓处的压应力腐蚀现象。表现之二是晶界间的固-固润湿力增强，比如极压摩擦工况下的冷焊合现象。
& & 还提到过等离子激子与金属材料超塑性的关系。等离子激子体系是指多个自由电子和多个正离子实之间发生的空间间距振荡现象。当电子距离正离子实最远点时，电子只有静电势能，没有动能。随后静电势能变动能，越跑越快。越过正离子实附近时，动能最大，静电势能最小。然后动能变静电势能，越跑越慢，完成一个振荡循环。晶粒内的离域键电子就是这样运动的。金属的共价键电子以及陶瓷的极性键电子被定域在两个原子之间，无法越过正离子实做振荡运动。只有变成了反键轨道上的电子，它们才可以越过正离子实做振荡运动。比如受到强烈压缩的金属或陶瓷内部就会产生反键轨道。等离子激子体系是一种集体振荡体系，具有亚稳性。亚稳性是可塑性的基础，任你百般改变它，它就是不破裂。局域键（共价键或极性键）电子云密度被降低是可塑性的条件，它不设防你就省心，它不反抗你就省力。
& & 下个周末打算谈谈我对静液挤压法加工处理粉末盘的看法。有关离域键和等离子激子体系的这两点补充是为下个周末做准备的。
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& && &关于电子轨道理论是非常图象化的例证讲完了。在量子力学的发展史上，曾经存在过两个势不两立的，互相敌视的学派。一个是以玻尔和海森堡为帮首，以矩阵力学体系为工具的学派，另一个是以爱因斯坦和薛定谔为帮首，以波动力学体系为工具的学派。不知怎么搞的，这个老爱头非常厌恶具有唯象理论特色的矩阵力学体系，非常偏爱具有图象化理论特色的波动力学体系，以至在量子力学的发展史后期，不知不觉地做过几次绊脚石。
& & 其实，海森堡的共轭量不确定性原理能提供给工程师的实用意义与薛定谔的电子轨道理论相比是不分上下的。我们不要以为量子总是一种微观的玩艺儿。当某一个量子的动量P被限定在极小的范围内变化时，与动量共轭的另一个物理量，位置Q，就可以在极大的范围内变化，人称宏观量子现象（或者天涯量子现象）。比如：当光子的动量趋于“凝聚”时，光子的相干长度就趋于无限长，这就是我们熟悉的激光现象；当氦气分子的动量趋于“凝聚”时，氦气分子的显著概率出现的空间长度就趋于无限长，这就是我们熟悉的液态氦气分子爬上容器壁和爬出容器外的反重力现象；当电子的动量趋于“凝聚”时，电子的相干长度就趋于无限长，这就是我们熟悉的超导现象。
& & 那么，当中子的动量趋于凝聚时，会出现什么宏观量子现象呢？将会出现中子隧穿核力势垒，接着发生核子反应的现象。第一代聚变弹依靠x-光的光压实现对聚变材料的向心压缩。因为x-光子的动量太大，几乎没有反射能力，只有于敏和泰勒这种惊为天人的大师才能设计出圆锥形的壳体反射面；第二代聚变弹依靠远紫外光的光压实现对聚变材料的向心压缩，虽然远紫外光子的动量略小了一些，但因为有了反射能力，所以即使拉个高中生过来他也能利用椭球面的双焦点反射公式设计出向心压缩力；第三代的聚变能小口径子弹更加简单（不知道此事是真是假），依靠中子隧穿核力势垒而实现的聚变反应，怀疑已经试用在伊拉克战后的战场清理上。它那无比惊人的高温竟然能接连惯穿美军M1A1Abrams坦克的两侧装甲，留下两个直径几毫米的小孔。有兴趣的同学，比如正在做电推进发动机课题的同学，如果要看坦克图片，可以谷歌一下“penetrated in Iraq by mystery round”而获得链接。用百度不行，百度的科技情报收集能力之差是我国工程技术人员感受最强烈的的硬伤。
& & 绿色聚变能源探索工程的重心已从第一代的托卡马克磁约束等离子聚变装置转移到了第二代的远紫外激光惯性约束等离子聚变装置，还将换代到中子隧穿聚变能驱动的氢等离子-氧分子电池，它的理论开路电压为16伏，目前的氢分子-氧分子电池的理论开路电压为1.7伏。如何实现中子的动量凝聚，这里不便说，因为觉得这个论坛里有个脚盆同学经常来。笼统的说，就是以金属等离子激子为交换子，实现反键氘原子对所含的中子的镜像电荷的动量相干。
& & 联合国核控机构曾经查获，一狼国在2002年，通过宇宙国的罕代集团作黄牛，从高炉国的宇航发动机公司暗购了大量的镍-63。那些联合国专家们想不明白，要这么多的镍-63有必要吗？这玩艺儿是用来制作核起爆用的闸流管的，这一狼国有那么多核弹等着起爆吗？看来专家们还缺少一点炼油工业临氢反应固体催化剂的知识，他们不知道：反键氢原子对只能由分子氢在金属镍或者金属钯里变出来。
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& && &有关图像思维和唯象思维的历史趣事以及和这些历史趣事有关的边际趣事讲完了。在我认识的工程设计人员中，大家习惯于图像思维，而不用逻辑思维，不知道各位同学所在公司里的工程设计人员是不是也这样。
在用图像思维时，放映出来的是一连串的图像，每个图像上面负载着几个物理逻辑和化学逻辑。如果负载的逻辑越多，思维的速度和效率就越高。
& & 相反，在用逻辑思维时，逻辑链条是无法在头脑里放映出来的，但是可以在纸上写出来。所以很多人发现，写总结/写报告/写笔记/写论文时，无意中会写出新概念/新构想/新设计/新理论出来。
& & 工程师的工作对象是一堆忽隐忽现的工程现象，不是纸和笔。他必须在有限的期限里将问题源定位出来，然后将问题源解决掉，否则就被抄鱿鱼了。所以工程师们只能用图像思维去干活了。
& & 例如，人家某电气公司有次举办图像思维比赛，试试看一个膨胀中的圆球形图象可以负载几多个物理逻辑。结果有人一口气说出了5个物理逻辑：圆球上刺个孔，让他想起高压气体喷出时的噎塞流公式；圆球承受内压，让他想起薄壁内压应力强度校核公式；圆球承受外压，让他想起弹性薄壳力学里的诸多方程；圆球在膨胀，让他想起金属晶粒被拉伸而细化和取向化或者聚合物分子链被拉伸而直线化和取向化；圆球上贴了很多条细胶带，让他想起薄壁加强筋的设计规范。
& & 像这种制度性的定期性的由公司里的科学家给公司里的工程师举办新概念新知识的培训讲座，或者制度性的定期性的举办常用概念常用知识常用经验的图像思维比赛，等等，是行之有效的连接科学和技术的桥梁。科学就是把金钱变成知识，技术就是把知识变回成金钱。科学和技术相结合，在公司层次就是金钱回路的正反馈，在国家层次就是GDP的自激振荡。现在有大量的大学教授热衷于把国家的钱变成知识，然后用英文把这些知识写成文章给全世界的工程师看。可是我们的工程师觉得用中文母语接受新概念新知识新理论更舒服，更高效。元芳同学，这件事你怎么看？
& & 另外，人家某电气公司的科学家弄出来的新概念新知识新现象，首先是让本公司里的工程师把它给专利掉，而不是首先咣当到科技期刊里面去。两年后，如果还不能把它专利掉，那才把它咣当掉。像这类人家咣当出来的东西，我觉得最好应该由我们的科学家去扒拉到篮子里，分拣一下好坏，再送到我们的工程师的桌子上去，顺便办个讲座什么的，而不是让工程师们自己去扒拉。
& & 下面跑个题，回答一下某同学问的，挤压加工和锻压加工有什么区别。因为该同学的帖子发的时间太久，找不到地方回答他了，将就着发在这里。请各位见谅。下周末再见。
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本帖最后由 xianren458 于
22:45 编辑
天涯量子 发表于
有关图像思维和唯象思维的历史趣事以及和这些历史趣事有关的边际趣事讲完了。在我认识的工程设计人 ...
我还巴不得你发在这儿呢，也好让我们长长见识。
最近没顾得上忙这里，估计要等一个月左右，我才能扑到这里来。
每回来看的时候，看到你发那么多那么专业的回贴，真的好感动，好感谢。
呃，不过那个，47楼的最后一段话看得我晕了......
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简单地说……机翼表面的空气是可压缩流，因此需要对伯努利定理做修正。通过修正后得到的速度-压强两个关系，联立求解就有局部压强了，再对翼型表面积分就得到整个翼型的升力。
实际上还要略微复杂一些，因为存在粘性等等影响。实际上上表面空气是先于下表面到达后缘……
至于超音速的情况，伯努利定理是无效的，应该用局部马赫数和压缩波等途径来求压强。
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cryaciccl 发表于
简单地说……机翼表面的空气是可压缩流，因此需要对伯努利定理做修正。通过修正后得到的速度-压强两个关系， ...
实际上上表面空气是先于下表面到达后缘……
我也在想，这两面的空气是如何做到刚刚好同时到达的。不过没想到是上表面的空气先到后缘
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本帖最后由 :龍哥: 于
13:12 编辑
一模一样的帖子，LZ首先要明白一个事，是这种自然现象催生了帕奴利定理，而不是帕奴利定理催生了这种现象，如果你说的事情是事实，那帕奴利定理就不是现在的样子帕奴利定理在附和这种现象，任何物理定理都是
另外，把气体理解为众多气体分子的集合，会更好的理解这件事
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xianren458 发表于
实际上上表面空气是先于下表面到达后缘……
假定机翼由于速度，在上表面后部造成局部真空，假定机翼瞬间没有速度，那么机翼前表面的空气还有后面的空气，应该同时到达真空中部，但是，机翼是向前运动的，很明显，前部压缩空气到达真空部位所需要的能量要比后面空气分子到达真空部位所需要的能量要少的多，后面的空气分子除去真空的速度，还要加上飞机本身的速度才能跑到真空的部位，很明显，飞机如果禁止不动，机翼就没有升力
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& && &有同学提问：“在热等静压之后，跳过了挤压的过程，直接使用等温锻压，这是不是会对涡轮盘的性能有很不利的影响？”我的简短回答是：是的，会有不利的影响。下面是长篇回答：
& & 粉末成型（powder compacting）, 坯件挤压（billet extrusion），和部件锻压（ingot forging）都同属压力加工过程，都是通过压力机实现的。区别这三种压力加工过程的主要特征物理量是看受压金属被迫流动时的晶粒流线（grain flow）的长度。1）粉末成型所产生的晶粒流线最短，只有几十个密友（μm）。2）锻压成型次之，晶粒流线能在锻件表面浅层达到模具截面尺寸的三分之一就是烧高香了，在内部深处就是零流线也是可能的。3）挤压成型所产生的晶粒流线，长度最大，分布最广。模具有多长，流线就有多长。不管是表层还是芯层都有晶粒流线。
& & 晶粒流线的长度是一个很重要的指标。晶粒被拉长拉细了，晶界的表面积就变大了，原始晶界上夹杂的异质就被粉碎和分散掉了，不再以微相形式存在了。其次，众多细长的晶粒在流动时会自动按平行方式取向排列，排列得像一捆筷子那样。结果这捆细晶就会有非常强大的抗扭极限。例如，自行车上连接两个踏脚的转轴必须是冷挤压成型的。其三，平行排列的细晶之间有很强的固-固润湿力，这个润湿力会把粉末成型过程残留下来的微空隙清除掉，也会把低频振动/交变扭应力/加速减速循环诱发的表面微裂纹自愈合掉。这个润湿力的物理成因上个周末已经介绍过了。
& & 就目前来说，只有冷/温挤压加工过程才能在金属零件内部形成够长够密够广的晶粒流线。这个特色使它具有远超其它压力加工过程的优越性。即使是最近火热报道中的3-D激光合金粉末打印成型也不能和它并肩比美。激光法目前只能和煅打法比高低，因为铸锭总是有一定的空隙率的，煅打之后空隙率能不能完全去除，全看每次煅打时的固相激波阵面能不能传播到铸锭芯部。铸锭的空隙率来自铸锭外表先冷却固化，芯部后冷却坍缩的过程。而激光法就不可能存在空隙率的问题。大功率激光的烧蚀压力极其激波效应能使每一个粉末粒子都经历过固-固润湿或液-固润湿状态，不可能存在空隙和疏松结构。但激光法比不过冷/温挤压加工法。冷/温挤压加工过程中晶粒的拉伸和流动同样具有去除空隙和去除疏松结构的作用，在这一点上它并不输给激光法。它还有使晶粒细化和平行取向的作用，这一点却又是激光法毫无作为的弱点。将来激光法的技术进一步改进和发展了，有可能实现晶粒间的结合不是通过无序凝固，而是按照晶格结构作有序重构的凝固，使得晶粒不断架接延长和线态化，最终超越挤压加工法。
& & 但这恐怕不是一年半载里就能做到的事情。要想做成这一技术，需要晶界上的各个格点都获得足够大的作动能量。这种作动能量只能来自远紫外高频激光束的量子压力对共价键电子的“敲出去”作用，而不是有色谱段的中频激光束的烧蚀压力。记得两年前，我国宣布过，在世界上首次实现了通过倍频材料的非线性光学效应，产生远紫外激光束的技术。有了该技术，再加上对弗兰克-康顿原理的理解和应用，知道怎么用远紫外激光控制金属原子间斥力势的生成，知道怎么用斥力势生成原子作有序重构运动所需的持续作动力，那么，利用3-D激光合金粉末打印成型法生成细长晶粒线的技术也是指日可待的。建议做激光法成型的同学赶快学点结构化学和原子轨道理论。弗兰克-康顿原理在结构化学里面能找到详细的介绍。
& & 今天的科普讲座就到这里。结束之前，给同学们一个思考题，明天我们一起来对答案：既然晶粒流线的长度越长越好，对于零件降低自重增加载荷能力非常重要，我们能否通过冷挤压加工再加上别的什么加工，使得涡轮盘坯件完全是由众多的沿着圆周线平行排列的晶粒流线构造而成？再进一步，我们能否通过螺旋布线方式，利用一根无比长的晶粒流线，生成众多的沿着圆周线平行排列的，亦即同心圆的，晶粒流线堆叠？
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& &&&昨天提到了弗兰克-康顿原理，现在做点补充。把一个电子从化学键里移走，根据它走了之后给这个化学键留下的余震烈度来分类，有两种极端方式：1）由光子动量驱动的弗兰克－康顿电子移走途径，2）由电化学电极表面双电层过电位驱动的最低势能面电子移走途径。其他的移走方式都是介于这两者之间。弗兰克－康顿电子移走途径是一个飞秒级的轨道跃迁再接着一个皮秒级的构型转变的过程，这有点象绑着压缩态弹簧的细线被瞬间剪断后，弹簧会在高能态下发生剧烈振动一样，连接在化学键两端的原子也同样会有高能态振动。而且常常振得不开心，嗖的一下，其中一个原子就弹射般的飞出去了，比我们的歼-15离舰起飞还要快。这个高能振动态能够产生原子作有序重构运动所需的持续作动力，是做激光法成型的同学最期待的。不同的是，电极表面电子移走途径是一个速度或快或慢的轨道极化和构型转变的过程，就好象绑着压缩态弹簧的细线饶了一圈又一圈后被松开了，弹簧就随着细线的松动在一点一点地膨胀，最后彻底松开后只留下轻微的的振动。所以，电极表面电子移走途径产生的用于推动其它原子做重构运动的作动力要么是零，要么就是很小的一点点。比如，镀铁法修复磨损轴件，高温（40°C）镀铁溶液的过电位小，被弹射到镀层上的铁原子的作动力（挤入金属晶格的力）就小，镀层上累积的压应力就小，修复面的显微硬度就很小。再比如，低温（20°C）镀铁溶液的过电位大，修复面的显微硬度就很大。不过，它再大，也大不过激光冲击法处理过的金属零件表面的显微硬度及表面压应力。
& & 钢铁坯件表面敷玻璃粉，利用这些热熔化了的玻璃粉作热挤压的润滑剂是法国人的原创。前面的讨论里一直不想提到热挤压技术，是因为热挤压的温度高于金属的再结晶温度。经过再结晶过程之后，细长金属晶粒会回到热力学上稳定的形状，即又短又粗的形状，以求金属晶粒的表面能最小化。
& & 钢铁坯件表面先磷化后皂化处理后，再进行冷挤压或温挤压成型是德国人的原创。磷化处理是为了使坯件表面钝化，亦即利用磷酸根能与零价金属铁形成σ-π反馈键的络合作用将金属铁晶粒外的电子云密度降下来。这样可以防止冷焊合现象的发生，保护挤压件表面的平整性以及模具的寿命。皂化处理是让具有减摩减阻作用的高级脂肪酸载持在磷化层里。
& & 静液挤压是美国人的原创和偏爱。遇到特难挤压的合金材料，美国人偏爱用静液挤压法去攻关。美国人在他们写的维基百科里是这样解释他们的偏爱理由的：由于坯件受到高压液体的全面包围（除了与模具的接触面）和均匀压缩，坯件的压延性变得非常好。这个特点是个意想不到的好特点，它的物理成因上个周末已经介绍过了。请比较一下，在正挤压和反挤压设备中，坯件侧面受到的压力远远小于堵头/坯件接触面，挤压垫/坯件接触面，和模具/坯件接触面受到的压力，这会造成坯件内部无法获得均匀的极压压缩作用。如果将正挤压，反挤压，和静液挤压的挤压推力与挤压进程关系曲线画在同一张图表里，可以发现这三条曲线在挤压进程的后期都是平台形状，正挤压的平台线最高，静液挤压的平台线最低。再比较铝或者铜的三种挤压法，所获曲线的平台线间距有点小，但是硬质合金的三个平台线间距就很大很大了。这说明，挤压硬质合金的时候，用静液挤压法要划算得多了。
& & TMD，将来有一天中国人也来个什么原创的挤压技术，那就酷毕了了。真正酷的原创应该是这样的，那些懂点科技知识的大学教授和工程师们第一次听到该原创的方案时，直接反应就是，谁弄出这个方案的？他不是个变态古怪的疯子，就是个傻得可爱的二愣子。比如说，航空技术中的气动中心在前飞机重心在后的静不稳定气动布局，生物科技中的不用标记基因组就进行DNA测序的shotgun法。静不稳定气动布局的建议提出人曾以十年的时间坚持不懈地说服美国军方官员立项研发该技术，无分段标记的DNA测序法的建议提出人不但申请不到NIH的新项目经费，就连他学院里原本归他使用的整个实验楼也被缩减到只剩半间实验室给他，好坏还算给他留了个编制。
& & 根据上面列举的几种工艺的特点，我觉得美国人采用静液挤压法制造/加工/处理涡轮盘的可能性很大。另外，在静液挤压处理之前，先用HIP法进行粉末成型的可能性应该不是很大。因为1）惰性气体太贵；2）需要吸收大量的压缩功；3）既耗能又费时；4）一旦缸筒密封材料失效，所储存的巨大压缩能量的释放会造成人员伤亡设备炸毁事故，即使预应力框架型结构也不能有效对付这种安全隐患；5）当合金粉末的包套经过抽真空处理进行密封操作时，存在一定概率的微泄漏机会。这些泄漏进来的微量空气被HIP法封闭在合金内部后，即使用静液挤压法做后处理也不容易彻底去除。所以HIP法会引入可靠性问题和鲁棒性问题；6）如果用静液挤压法生产毫米级直径的线材，能够实现直接挤压冷焊接成型，就更不需要HIP处理或者烧结处理了。冷挤压冷焊接的好处是，微泄漏的空气会被留置在粉末包套内，成为无害物质。
& & 既然细长晶粒线很重要，既然静液挤压法制造/加工/处理涡轮盘的好处很多，我推荐的技术路线是这样的：1）用合金粉末作为一次原料，以静液挤压法制造二次原料：合金线材；2）以合金线材作为二次原料，用数控绕线机制造三次原料：涡轮盘的线绕坯件；3）线绕坯件进行热模锻，制成涡轮盘；4）涡轮盘进行静液挤压处理，使表层组织强化。
& & 可能会有同学提出质疑：你这样做出来的涡轮盘的晶粒线是顺着圆周方向分布的，而我需要的涡轮盘，它的盘缘是受到叶片的径向拉力的，方向不符合啊？这样会不会容易在高温服役条件下逐渐蠕变而最后失效啊？我觉得，这些晶粒线因为不是部分圆周线，而是完整封闭的圆周线，不是一根，而是很多根，叶片不是一块，而是圆对称的好多块，所以叶片的径向拉力是可以被分解掉的。就象薄壳弹性力学里解释鸡蛋壳为什么能抵抗圆对称的压力一样。
& & 好了，茫茫征途现在开始第一步，用静液挤压法制造合金线材。我就在谷歌里输入静液挤压和线材这两个搜索词，看看有没有合适的参考资料。结果吓我一大跳：
& & 人家美国那边有家技术咨询公司正在出售粉末静液挤压成型的技术，实验室里有17800kg/cm2的静压加工设备的展品和挤压件的展品。图片请看h t t p s : / / s i t e s . g o o g l e . c o m / s i t e / i n n o v i n c / h y d r o s t a t i c e x t r u s i o n&&
& && &看了他们的网页介绍，我都不敢相信自己的眼睛了。我心存怀疑，这究竟是人家那边发大水了，冲过来的浮财呢？还是有意坑爹的毒药，就像世界银行写给我们发改委的改革建言报告？不过，可能什么也不是，它既不是浮财，也不是毒药。人家压的是Al-8Fe-4Ce合金粉，我们的航发工程师压的是Rene95 (Ni-0.1C-14Cr-8Co-3.5Mn-3.6W-2.5Ti-3.5Al-0.1B-3.5Nb-0.05Zr) 合金粉，所需的挤压力可能不在同一个数量级，所以根本就不是TMD什么禁运技术。当年俄罗斯发大水，那个苏27漂了过来，那才是个做梦也想不到的大浮财。
& & 不管怎么说，人家有这样的设备登出来，说明人家也用了这样的技术原理和技术路线，那我们做起来就有点心里踏实了。接下来需要的是怎么让设备参数做得比人家高一个数量级就是了。
& & 下个周末因参加浙大校友会，暂停讲座一次。原计划介绍的内容有：合金粉末流化床处理以消除偏析在合金粉末粒子表面的陶瓷熔渣杂质对下游加工过程的遗传性影响并改进粒径分布宽度/合金线材的压缩空气法超声振荡法洁净化处理工艺及荧光照相法质量检查/齐聚月桂基乙撑磷酸酯的合成方法及磷化转化层的理化特性与特氟龙涂层的替代比较/逆向工程法计算 Innovare公司的挤压缸-活塞摩擦付的配合间隙/涡轮盘进行静液挤压处理以产生小直径细棒副产物为代价使表层组织强化。涡轮盘的线绕坯件的制造工艺目前还不了解，不知道人家是如何在绕线过程中防止空气被封闭在线间空隙里的。请同学们自己想办法。
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超大游击队员
paini 发表于
伯努利定理和电子轨道理论一样，是用来简化问题描述的初级定理，在适当条件的限制下可以解释相当多问题了。 ...
看hhbb的偶以为明白了，看你的又糊涂了，帕努利定理用于机翼气动研究的限定条件是啥？能说下么（文科的伤不起）
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本帖最后由 paini 于
18:11 编辑
饱食而乱喷 发表于
看hhbb的偶以为明白了，看你的又糊涂了，帕努利定理用于机翼气动研究的限定条件是啥？能说下么（文科的伤 ...
低速、厚翼型无攻角、机翼表面非常光滑，可以近似使用伯努利定理
最核心的问题就是——自然并不憎恶真空，因此被分开的流场完全不必非得“同时抵达”
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& && && && && & 中国四代机的国产发动机是否会和F135一样，遭遇坎坷麻烦不断？
& & 关于F-135，近年来话题不断。它继承于久负盛名的四代机F-22的发动机F-119，它于2006年10月就开始装机，进行飞行测试，它有18吨的最大推力，它有11.4的干推重比。当然还有能提供垂直起飞动力的升力风扇，使得海军陆战队的小军舰也能变身为航母的浪漫梦想有可能成为现实。F-135已经俨然成为一张技术威慑的纸牌，被美国人反复地炫耀。当然它也没少被国内主流谋体火热转载和传抄，比如我这里所引用的这些数据就来自百度百科网页：h t t p : / / b a i k e . b a i d u . c o m / v i e w / 1 1 2 4 0 8 5 . h t m
& && &然而，作为一款吸引无数眼球、性能超级强悍的发动机，无论是国外的主流媒体，还是国内的重要网站，从不提及它的服役寿命，它的耐粗暴使用性。这是令人感到蹊跷的一件事。
& & 正当人们在为它的定型生产被一再推迟而感到困惑的时候，日又传来一个令人揪心的消息，集当今世界最高涡轮叶片制造技术于一身的F-135，居然又再次地意外发现末级涡轮叶片差一点儿就咔嚓了。由于这个发现是意外的，不是根据引擎管理软件和循环次数开销预测出的，吓得所有的F-35试验机队全都趴窝了。
& & 一个星期后，F-35项目办公室发言人说，叶片出现裂痕的原因已经查明，是由于过度使用和粗暴使用而使涡轮叶片长期处于高温环境中导致的，属于非机理性的偶发故障，只要谨慎使用适度使用就没事了。结果军方取消了停飞令。
& & 七年来，每一次出现末级涡轮叶片的裂纹或断裂事故，F-135发动机制造商普惠公司发言人就会大同小异地说，这是一个可以根据流体力学优化处理来解决掉的压力振荡和机械振动问题，无需做结构再设计，只要根据计算流体力学软件给出的结果稍许调整一下零部件的位置尺寸形状就可以了。或者干脆说，这又是一次偶发事件，不具有系统样本分析意义。
& & 还有更加令人匪夷所思的一件事。差不多同一时间，普惠公司又宣布，将于今年下半年开始进行一是与高压涡轮－高压压气机连动付有关的电磁气动力学新技术验证，二是与燃烧室有关的电磁燃烧动力学新技术验证。在这压力如山倒的危急时刻，普惠公司居然还有闲情逸志去做这种多少有点玄呼的新技术验证，究竟为了啥？是为了商用发动机的低CO排放，低NOx排放，低噪声排放的民用研发，还是忽悠不下去了，为了军用发动机说得过去的服役寿命，说得过去的耐粗暴使用性而不得不进行的军用研发？
& & 其实，这两个目的兼而有之。
& & 从2006年到2009年间，每次出现因为末级涡轮叶片的失效事件而停止飞行试验，然后又恢复试验之前，并不是从物理上解决了该故障，而是从文件上解决了该故障。也就是和军方协商一下，将原设计的飞行包线往后面退缩一点行不行？如果行，就算是从文件上解决了该故障。比如，在20,000英尺高度以下俯冲时，速度不要超过6,000英尺／分钟行不行？（其它退缩请见 h t t p : / / w w w . d o t e . o s d . m i l / p u b / r e p o r t s / F Y 2 0 1 2 / p d f / d o d / 2 0 1 2 f 3 5 j s f . p d f　查阅该文件时，请记得通过敌对组织或者敌对地区的代理服务器进行，比如发愣功的或者台湾的翻墙软件进行，否则你的IP地址会惊动人家网站服务器里的log.txt文件的。）
& & 然后从2009年到2013年间的末级低压涡轮叶片失效事件就不再公开了，因为人家需要放开手脚没有心理压力地去进行飞行包线测试。那么为什么到了2013年又公开了？可能是在过去的失效事件里，那些包线退缩是可以接受的，而这次的失效事件，一是觉得包线退缩实在太大，二是觉得电磁气动力学新技术和电磁燃烧动力学新技术的验证如果成功的话，既可提高商用发动机的环保品质性能，又可解决掉困扰多年的军用发动机末级涡轮叶片失效的病根，可以赌一把。所以就先公开一下，再消音一下，好让那些有点不耐烦的客户们有个心理准备。
& & 早在日公开了第一起末级涡轮叶片的断裂事故之后，就有加拿大PWC的工程师根据自己多年的经验对F-135这款发动机的设计方案提出了批评和建议。他认为，既然发生问题的叶片出现在低压的末级涡轮上，与其相邻的导向叶片有嫌疑，与其相承接的后燃器更有嫌疑。对于后燃器中出现的与松涛声和海豚音相伴生的压力振荡现象，在过去机型的研发里，因危害不大，无需重视。现在F-35四代机因为有新加码的超机动性要求，新指定的起降要求，针对后燃器的压力振荡现象必须要有新理解，新技术，新设计。
&&（本文未完，明天再续）
&&（因为CD论坛不给我编辑功能，此文的正式版本请到天涯量子在新浪的博客里找）
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& & （续一）& && &
& & 结果，这个建议石沉大海，因为属于政治不正确。客户最担心的事件就是F-135发动机需要来一次结构再设计和功能再定义。这种设计被改动之后的可靠性将来结果究竟怎么样，现在难以预测暂且不说，它至少会引起F-35的气动外形和隐身外形的大改动，极大延迟定型产品的提交日期，给客户造成可怕的空中优势短缺期。
& & 本天涯量子相信，就在普惠公司老神在在期间，末级涡轮叶片失效事件可能已经惊醒了F-135发动机的其他国家的追赶者团队，他们可能已经获悉了电磁气动力学新技术和电磁燃烧动力学新技术的重要性。他们没有历史重负，反而后来居上，已经着手进行该技术的实验室验证了。
& & 引起末级涡轮叶片失效的深层原因始终如影相随，挥之不去。2011年F-35的一次飞行参数试验又触发了F-135后燃器的振荡燃烧。这再次印证了精心再设计F-135后燃器的必要，印证了进行电磁气动力学新技术和电磁燃烧动力学新技术验证的必要。令历史学家们扼挽叹息的是，普惠F-135研发团队身负的尽快定型生产的日期压力太过沉重了，他们再次以计算流体力学软件为定海神器，摆平了这次后燃器的振荡燃烧故障，而没有勇气去面对深层的技术原因，去做真正的技术改进。
& & 还是那个孤独的工程师，终于忍不住了，来到一个专门为了忽悠外界而为普惠F-135研发团队抬轿造势的论坛踢馆去了。他说振荡燃烧的技术问题是不可能在几个星期里解决的，研发团队说解决了，在他看来就是三岁骗五岁般的过家家，计算流体力学软件用来设计无源气动声学力学情况下的叶片参数管用，但是用来设计有源气动声学力学情况下的后燃器内件的形状位置尺寸就是三岁骗五岁了。本天涯量子获悉，阿诺尔德工程研发中心的Houshang同学开发的CFD软件是不能做有源的，不知我们本论坛的Paini同学开发的CFD软件可不可以做有源的？
& & 这个被踢馆的论坛的网址是　h t t p : / / w w w . f - 1 6 . n e t / f - 1 6 _ f o r u m _ v i e w t o p i c - t - 1 4 9 7 5 . h t m l 　（请同学们别忘记保护好自己的IP！）里面可以找到论坛主持人列举出的各种用于计算发动机服役年龄的参数的定义，包括各种起降循环次数的定义。那个主持人的ID是“好一个引擎男”。其中后燃器的使用次数和运行时间随着引擎管理软件的不断升级已经被挪出到循环次数折算之外，被单独列为一个参数用于计算服役寿命的开销了。可见后燃器的不给力真的是越来越烦人了。在这个论坛版面里，我们还可以看到那个踢馆人的孤独无助。他的ID是“悲情航空男”。
& & 其实不管在哪个国家，新闻自由都是被关在政治正确原则的笼子里的。比如，我们这儿的南方系媒体可以报道外地企业的民工欠薪新闻，但外地媒体决不愿意报道南方系媒体不久前引发的民工欠薪示威事件，因为她们是政治正确的化身和宪政改革的旗手，是不可以摊上这类不雅大事的。但是，如果问一些我们这儿的跨国公司里的外籍员工，他们在本国公司里上班时，哪种人最受他们尊重？他们大多数会说是那些很cool的人。
& & 这个cool字很难翻译，因为在口语里它现在是被用于概括一个不大不小的文化潮流。它是指一类负载有孤独求是精神的人，成功之前不被众人理解，成功之后又非常低调的人。比如说，约翰-霍普金斯医学院的哈密尔顿-史密斯教授算得上最cool了。他提出一个可以不用分段标记直接进行基因测序的方法（shotgun approach）。一开始，这个创意引来所有同行人的吐槽，尽管此前他已经拿过一次诺氏炸药奖了。他们惟恐不立即吐槽就显得没水平，以至于那个原本属于他的实验大楼也被学院管理层不断地挪用，最后只留给了他半间实验室。没有学生做助手，没有资金做实验，以至仅有夫妻两人组成一个研发团队，到私人公司那里蹭试剂蹭仪器蹭实验室。他们夫妻俩孤独求是了３年，终于成功证明了那个创新想法，并再次获得了诺氏炸药奖。西方人的这种悲情审美爱好可能和西方人的文化被他们那个圣经里那个摩西领着犹太难民出埃及的故事长期熏陶有关。其实在我们中华大地，负载有孤独求是精神的道骨仙人也海了去了。比如黄奇帆同学在今年两会上的讲话就很cool，他管理的那个城市在今年初大江南北一片红的PM2.5形势图中却是唯一的一点绿就更cool了。
& & 下面让本天涯量子给同学们讲一讲，那个“悲情航空男”提出的末级涡轮叶片失效原因的新理解是怎么样的，相应的新技术，新设计又是怎么样的，是否真的那么cool，那么值得他不得不为此孤独求是了三五年。
& & 先清理一下几个外围的小问题。在人家那个论坛里，有几个缩写词需要熟悉：AB－后燃器， LPT－低压涡轮，HPT－高压涡轮，HP－功率，MIL－报警符号长亮，TAC－总累计循环数， CCY－当量循环数，ABC－后燃器循环数，LCF－低周疲劳，HS1－热区一级温度时间。然后人家的讨论焦点是Rumble和Screech，这两个词如何翻译，本天涯量子需要和同学们协商一下。Rumble是指50－120 Hz的低频燃气压力振荡，本天涯量子觉得翻译成“松涛声”比较合适。回想当年读中学时，每到10月份就放农忙假参加小秋收，在浙东大山里采摘野生小栗子，整天飘进耳朵里的松涛声和youtube 网站上听到的F-119的rumble有点接近（这里要用到翻墙软件）。Screech 则是指120－600 Hz的高频燃气压力振荡，本天涯量子觉得翻译成“海豚音”比较合适。这样可以让那些研究燃气压力振荡原理的80后小伙子们对歌女们老是唱颓歌哼海豚音形成天然的反感，那些视红歌为怪兽的主流娱乐节目再听下去，我们的发动机研发团队可能真的要颓废得自己把自己给挂了。还有” disingenuous ”一词，那个“悲情航空男”在对骂的贴文里用了好几次，本天涯量子觉得他是词不达意，其实他是想说对方“三岁骗五岁”的意思。不过老外的孩子们不串门，他没有见识过我们浙东大山里的孩子们是怎么过家家的。最后是 “the third blade of LPT”，本天涯量子觉得翻译成末级低压涡轮叶片比较好。如果直译，读者一不小心就会理解成它后面还有动叶片，它承受的温度大概高得不得了，它再三再四的咔嚓咔嚓也不关它后面的后燃器什么事。其实F-135的主干结构是3级低压压气机、6级高压压气机，环形燃烧室、1级高压涡轮以及2级低压涡轮。如果不开后燃器，总数为第3级的低压涡轮叶片承受的温度也就和燃气排出温度差不到哪里去了。
& & （本文未完，明天再续）
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本帖最后由 asd65672 于
15:13 编辑
帕努里定律有假设，就是流体是连续的，不可压缩 。
如果如你所说，则空气就是不连续的，可压缩的了。
正因为假设空气同时从前缘到后缘，是连续的，所以才有上表面速度大于下表面速度。
因为不可压缩，流体在狭小的管道中流速会加快，在宽阔的管道中会减缓。
机翼上表面相当于管道变窄，所以上表面气流流速比下表面快。
实际空气是可压缩的，如果飞机速度很快，上表面的后缘空气县被压缩，然后释放。会产生湍流，形成阻力。所以高速飞机的机翼很薄，弯度很小。上表面弧度很小。由于速度快，也可以产生足够升力。
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xianren458 发表于
谢谢！非常感谢有人回答我的问题了。
不过我可能没把想问题给表达清楚，你说的这些我都明白，但是我不 ...
你选错了研究对象，空气本身是没有动力和速度的，你举的那个汽车的例子不合适。说气流速度其实是只空气相对机翼的速度，这个速度是由机翼切割空气控制的，不是由空气本身控制的，上下表面形状不一样，造成的切割速度就不一样，所以不存在“促使上表面的空气加快了”一说。
关于流体连续性的问题楼主貌似搞清楚了，就不多说了。
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& & （续二）
& & 现在讨论引起末级涡轮叶片失效的深层原因。
& & 简短地说，末级涡轮叶片裂纹是由作用于叶片背面的低周附加负压所诱发的，是由起源于压缩段内的空气粘度振荡和燃烧段内的自由基浓度振荡的低幅压力振荡所平稳扩展的，是由起源于后燃器开动后将压缩段-涡轮段连动副传入的低振幅压力振荡放大而形成的高振幅压力振荡所加速扩展的。作用于叶片背面的负压来自尾喷口的收缩动作所输入的脉冲波在叶片背面的半波损失反射效应。
& & 长篇大论地说是这样的：关于地面试验的那次事件，失效分析报告说基本原因是15号动叶片上有高周数高水平的振动，这个振动是由上游定叶片（导向叶片）重构的流线场与动叶片相互作用引起的。然后断裂出的叶片撞击16号和17号动叶片的叶尖，引起这两叶片的叶尖断落。因此，15号动叶片断面的平整疲劳区应该面对上游气流，粗糙瞬断区应该面对下游气流，平整区中部的缺口应该是二次撞击所致，瞬断区走向与叶边呈斜角而不是呈直角是上游气流对正在逐渐断开叶片的扭转应力所致。这个断裂方式归因于有一个来自上游的附加正压力作用在叶片的正面，然后在叶片正面萌生了裂纹源。这个解释是相当的自然和圆满。然而，另一方面，如果碰到一个凡事喜欢顺着审读两遍反着审读两遍然后进行辩式思维的工科男 (critical-thinking ) ，他也可以将这个结果归因于有一个附加的负压力作用在叶片的背面，然后一样在叶片正面萌生裂纹源的解释。
& & 那么，这个负压力是从哪里来的？
& & 在一个后燃器的空腔里，气动声学力学驻波是不可能在由末级低压涡轮叶片和尾喷管收敛调节片所组成的边界之间来回反射建立起来的，因为那里面存在着高速的燃气流。如果以后燃器为参照系，那么从压缩段-涡轮段连动副传入的低幅燃气压力振荡的频率是固定不变的，所以声波在顺流方向传播时因为速度比较高，导致波长比较长，在逆流方向传播时因为速度比较 低，导致波长比较短。波长不等的入射波和反射波相遇时是不能干涉形成稳定的波节和波腹的。不过，尽管这样，在末级低压涡轮叶片上发生半波损失反射效应还是没有问题的。这里，我们不用多普勒定理来说事，因为它的参照系和我们这里讨论的不尽相同。当后燃器因为关掉而熄火时，尾喷管的喉部截面必须立即缩小以维持燃气流速。尾喷管的这个收敛调节动作会发射一个脉冲压力波，穿过后燃器空腔，到达末级低压涡轮叶片背面。这个脉冲波会以后燃器空腔的轴向长度为它的半波长，会以声速和燃气流速之差为它的速度进行传播。这个脉冲波在它的首个1/4周期里在未被末级低压涡轮叶片反射时，它在叶片背面施加的作用力是附加正压力。然后，在下一个1/4周期里，脉冲波被末级低压涡轮叶片背面反射时，它在叶片背面施加的作用力是附加负压力。这时叶片背面附近的气体分子的运动有点象建立在波密介质上的带有半波损失的驻波波节处的气体分子的运动。请注意：在驻波波节和波腹处，气体分子的能量形式是不同的。波节处的形式是气体分子的纵向压缩势能，波腹处的形式是气体分子的纵向平动动能。这里，F-135研发团队的同学们很可能是不小心被上游燃气流的动压给迷惑了一把。这个被拐剧情就是，首个1/4周期里叶片背面受到的附加正压力实际上是看不到的，因为它被上游动压给中和掉了。接着，他们继续迷糊着，也没能想到后续的一个1/4周期里，半波损失反射形成的附加负压力的作用。这个附加负压力和上游动压力是大小不同方向相同地作用在叶片正背面上的。结果，振幅是倍增的，效果是危险的。
& & 其实不用倍增，光是有这个附加负压力有时就够一个倒霉鬼喝上一壶的了。本天涯量子给同学们找了一个例子。在伊拉克南部的沙漠中，有一条通向伊科边境的6号公路，连绵近百公里的公路两边散落着22年前从科威特北撤的萨达姆军队的士兵遗骸。其中有一个车队的士兵的死状非常奇特：他们每个人的眼框里，那两个眼球都不翼而飞了。寥若晨星的西方报道透露说，Their eyeballs were sucked out of their sockets by explosion of fuel-air bomb.　按照工科男的说法，这应该就是来自低空冲击波的半波损失反射形成的附加负压力的作用。这个低空冲击波是由燃料蒸汽或燃料粉尘在低空构筑起云雾般的覆盖，然后云雾瞬间爆燃而形成的。这种爆炸装置俗称为油汽云爆弹。按照法籍政论家宋鲁郑同学在一篇文章里的说法，当时伊军的每一支车队都在北撤途中一直举着白旗挥舞着白衬衫以示投降，但多国联军没有接受这些车队的投降，因为联军首长们正需要测试一下油汽云爆弹的物理效应。结果，由于后来的连年不断的国际制裁，这条6号公路逐渐天荒地寂，形同古迹，再加上沙漠的干燥气候，这些奇特的人体试验遗骸就被大自然保存了下来，以至宋鲁郑同学几年前驾车亲历时还能见到。
& & 多国联军试验结果的一个推论：一个轴向长度很大的后燃器会自然成为半波长很大的燃气本征振子，会给末级低压涡轮叶片背面带来大毫秒数的负压作用时间，然后产生很大的屈服应力～作用时间积分值。结果，末级低压涡轮叶片被迫向后弯曲，在叶片正面孕育出微裂纹。
& & 那么，驱动叶片正面微裂纹平稳扩展的低幅压力振荡是从哪里来的？
& & 这个低幅压力振荡是由压缩段内的空气粘度振荡和燃烧段内的自由基浓度振荡产生的。首先，在极其高的压缩比条件下，双自由基态的普通氧分子会聚合成非自由基态的长链氧分子。这个减熵过程会使空气粘度增加。空气粘度增加会使核心机系统进入流体阻力增加燃烧速率下降涡轮功率下降压缩比下降空气粘度下降的耦合链。这个耦合链的无限循环会引起核心机系统的压力振荡。其次，在燃烧反应第二动力学区，中间过程产物自由基中间体的浓度会随着燃烧室压力的上升而下降（前面自由基的聚合和此处自由基的复合都需要较高的压力条件）。自由基中间体浓度的下降会使燃烧室的压力进入燃烧效率下降涡轮功率下降压气机压力下降燃烧室压力下降自由基中间体浓度上升的耦合链。这个耦合链的无限循环同样会引起核心机系统的压力振荡。
& & 这两种压力振荡只有和压缩段-涡轮段连动副组成的空气柱的本征音频共振时才能形成稳定的振幅。为了避免旋流分量带来的推力投影损失，F-135的压气机采用轴流工作方式，所以在各级压气机和涡轮机之间，中间穿过燃烧室，形成了一系列长度的空气柱。空气粘度振荡引起的压力振荡既可以推动低压压气机-低压涡轮连动轴上的各叶片使其产生松涛声，也可以推动高压压气机-高压涡轮连动轴上的各叶片使其产生海豚音。但是，燃气自由基浓度振荡引起的压力振荡则只能推动高压压气机-高压涡轮连动轴上各叶片产生海豚音。由于有两个振荡源协同驱动，海豚音的振幅有机会大得让你不得不关注。对于军用和民用涡扇发动机研发团队来说这个海豚音是个出没比较频繁的恶魔，而松涛声的出没场合相对说来就少见了。比如飞机从高空往下俯冲时可以见到有大振幅的松涛声出现，这种场合民用客机是决不会碰到的。PWC的工程师们正在为跨代水平的低CO排放，低NOx排放，低噪声排放的民用发动机的研制而努力，其中的低噪声排放目标也就是海豚音振幅的大裁减。
& & 空气柱的本征音频等于空气的音速除以空气柱的本征波长。空气的音速随温度的升高有小幅的升高。它的理论值等于　331.3*sqr(T(K)/273)。比如说，570～870K之间的空气音速在480～590米/秒之间。空气柱的基本本征波长等于空气柱长度的两倍，由此比值得到的本征音频称为基频。如果压力振荡源输入的能量很大，则本征音频里还会有一定分量的倍频以抵抗基频振幅的升高。利用发动机的噪声频谱能不能粗略计算压缩段-涡轮段的尺寸？这个留给我们这儿的同学们去试一试。
& & 那么，迫使叶片正面微裂纹急剧扩展的高幅压力振荡是从哪里来的？
（本文未完，待续）
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　　在上一个贴文里，被拷贝到文本框里的是“流体阻力增加--&燃烧速率下降--&涡轮功率下降--&压缩比下降--&空气粘度下降的耦合链”，结果生成的网页不幸被刷成了“流体阻力增加？燃烧速率下降？涡轮功率下降？压缩比下降？空气粘度下降的耦合链”，同样地，“ 燃烧效率下降--&涡轮功率下降--&压气机压力下降--&燃烧室压力下降--&自由基中间体浓度上升的耦合链” 也被刷成了“ 燃烧效率下降？涡轮功率下降？压气机压力下降？燃烧室压力下降？自由基中间体浓度上升的耦合链”。本天涯量子只有列兵资格，不能修改这个错误。
　　这样的错误，也可以说是冷僻字符烦恼，本天涯量子在10多年前在家用电脑上玩网站建设时也出现过。当时可以免费获得的服务器套件是 Apache / php / MySQL。Apache是http网站服务器，php是动态网页脚本服务器，MySQL是数据库服务器。记得早年版本的php全是手工复制组件手工配置组件，一开始没有经验，不知道打开http服务器配置文件(php.ini)里的某个冷门字符集 (charset) 。结果网页执行表单命令时，发出的post动作每碰到文本框里的箭头符号就傻眼。后来，打开那个冷门字符集之后，SQL语句又出错了，因为早年版本的MySQL还不能接受那个冷门字符集，于是又在php网页脚本里用str_replace命令去替换那些冷门字符才最后摆平这类”?” 字符的烦恼。
　　能玩转几个特殊字符，在人机界面工程里算不上什么技术小把戏。但有时玩不转它却能让一个编程男英雄汉急出病。比如Fortran语言的数组功能超级强悍，有次本天涯量子想把Fortran计算结果输出成为excel文件，以便让excel自动生成曲线图，以便形象化显示出来。但一时找不到excel能读懂的ASII码换行符。那个恨哪，连着饿了两顿饭，复习了远古年代学过的用dos/debug命令查内存的方法才摆平它。
　　言归正传。那么，迫使叶片正面微裂纹急剧扩展的高幅压力振荡是从哪里来的？
　　高振幅的机械振动是金属部件失效的常见原因。在高温力学性能优秀的金属中，音速是不那么响应温度的变化的。金属细棒的长度也就是它的本征半波长长度，如果越大，由音速除以波长得到的振动频率就越小。如果振荡源输入的能量保持一定，则金属细棒的振动振幅会由于振动频率越小而越大。细长的火箭容易解体就是这个原理。但是，作用在F-135发动机末级涡轮叶片背面上的高振幅的机械振动显然不是由于这个机理，因为它的振动波长是没有机会变大的，它的振动频率只是一些随着燃气压力的振荡而被迫振动的频率。这个高振幅的燃气压力波应该来自下游的后燃器，而不是来自上游的核心机。否则，第一二级涡轮叶片也早就应该出现裂纹失效事件了，该咔嚓的是第一级涡轮叶片而不是第三级涡轮叶片了。那么，后燃器的燃气压力波的振动振幅是如何搞大的？是否也是由于振荡能量保持一定，通过振动频率越小而使得振动振幅越大的呢？其实，这里花样翻新，不玩波长玩有源了。问题出在后燃器中发生的振荡源输入的能量供应上。
　　在末级涡轮叶片之后的运行中的后燃器，对于在末级涡轮叶片之前形成的低幅压力波来说，它不仅是个传导体，还是个长时期里未能引起F-135研发团队的同学们关注的放大器。
　　从放大器的作用的角度来看，后燃器和自由簧乐器及晶体三极管有点相象：在晶体三极管电路中，馈入基极回路的信号电流不能给出足够大的振幅，无法推动扬声器工作。但是这个基极电流借助改变基区多数载流子浓度，能把发射极-基极间的PN结的厚度变得忽而较薄忽而较厚，（PN结由少数载流子构成，多数载流子要玩扁她很容易）使得发射极回路里的本该平幅的“源”电流砍削成有模有样的变幅电流，进一步变成集电极回路里的与信号电流相似的频率相同振幅不同的大电流。这个大电流能给出足够大的振幅，推动扬声器工作。在自由簧乐器中，各个簧片的本征音频振动不能给出足够大的空气压力波振幅，无法推动我们的耳鼓发生振动，这是因为簧片端头离开平衡位置的最大距离 (振幅) 和簧片端头的煽动面积都太小，无法带动远处空气分子的运动。但是，簧片能够借助它在气槽内的来回摆动，使得空气柱的终端亦即气槽忽而开启，忽而闭合，将本该平幅的空气柱内的“源”压强按照它自己的频率调整得忽而大忽而小。例如对于口琴来说，这个空气柱就是从胸腔到琴格之间的所有空间。
　　一个同样的剧情，将要从涡轮段传入后燃器里的低幅压力波也同样不能提供足够大的振幅，也同样无法推动微裂纹的快速进展。但它传入后燃器之后，能把后燃器里的本该平幅的由新加燃料所供应的巨大“源”总压（静压＋动压）按照它自己的频率调整成变幅总压。这个变幅总压分离出的高幅压力波逆流传播到末级涡轮叶片的背面，它终于可以推动微裂纹的快速前进了。
　　那么，后燃器里的相当于“基区多数载流子”或者“簧片气槽流通面积”的东东是什么呢？它是无形的，它就是前面提到过的中间过程产物中的自由基中间体。后燃器的工作表压为0.5 – 5 atm，落在燃烧反应第一动力学区。此时，自由基中间体的浓度随着燃烧室压力的上升而上升，随着燃烧室压力的下降而下降。请注意，燃烧反应第二动力学区的变化方向正好与它相反。有机燃料比如碳氢化合物的燃烧反应和无机燃料比如铝粉石墨粉的燃烧反应之间的最大区别就在于有无自由基中间体的出现与依赖。自由基中间体是一种非常活泼的化学物种。由于自由基中间体的帮助，有机燃料的燃烧反应可以在很低的温度下进行，比如香烟在室温下的可持续性燃烧。再比如铁器与岩石撞击发射冷激电子，冷激电子与氧分子复合生成负氧分子离子自由基，然后去引燃煤矿瓦斯。不管巷道里的空气有多冷，它都照样能引爆不误。也由于燃烧反应速率对自由基中间体的依赖和自由基中间体依此对氧气分压的依赖，使得燃烧反应速率方程中的氧气分压项的指数有时大于1有时小于1。也使得宏观上看好象燃料分子有时与不止一个氧分子碰撞，有时又与不到一个氧分子碰撞。实际上，在微观上，燃料分子始终只与一个氧分子碰撞。在燃烧反应第一动力学区，氧气分压增加对自由基中间体的生成有正贡献，所以氧气分压的指数大于1。在燃烧反应第二动力学区，氧气分压增加对自由基中间体的生成有负贡献，所以氧气分压的指数小于1。
　　在燃烧反应第一动力学区，自由基中间体的高度反应活泼性在反应速率方程上的表现就是，凡是有自由基中间体参与的基元反应，其速率常数就会异常的大。晶体三极管基极回路的信号电流引起基区多数载流子浓度的改变相当于进入后燃器的海豚音频压力波引起自由基中间体浓度的改变；多数载流子浓度引起发射极PN结厚度的改变相当于自由基中间体浓度引起燃烧过程基元反应速率的改变；发射极PN结厚度引起发射极电流的改变相当于燃烧过程基元反应速率引起后燃器里的 “源”总压（静压＋动压）的改变。这两个类比体之间的相似性缺损处仅在于前者的工作点可以设置在线性放大区，所以集成电路的设计技术已经非常成熟；而后者的工作状态可能永远处于非线性放大区，以致目前阿诺尔德工程研发中心的Houshang同学开发的计算流体力学软件对它还无能为力。
　　导入后燃器的低幅海豚音频压力波除了有上面讨论到的有源放大机制，有时还会碰到无源放大机制，就象二极管加电容器的倍压整流放大电路一样。
　　如果在高速状态下飞行，为了提高推进效率，保持尾喷管与外界环境间有一定的静压差和流速差，在不开后燃器的时候需要收敛调节片，减少喉部面积。在开动了后燃器的时候，因为静压差和流速差已经足够，需要扩张调节片，增大喉部面积。这就是前面单纯有源放大压力波振幅机制的尾喷工作模式。
　　但是，如果飞行速度要进一步提高，在开动了后燃器之后，静压差和流速差还不够，这时候还需要再次收敛调节片，减少喉部面积。这时候的后燃器的进口压强有可能从0.5上升到5 atm（表压），这时候的高幅海豚音频压力波就会在末级涡轮叶片和尾喷管调节片之间来回反射。假如入射波的波长和反射波的波长相等，则两波干涉形成的是驻波，振幅保持不变，没什么大事。但在后燃器的剧情里，入射波的波长和反射波的波长不相等，两波干涉形成的是振幅倍增的拍频压力波。
　　拍频压力波的形状是怎么样的？振幅是怎么倍增的？同学们可以利用第1表格列的初始值和excel的函数功能自动生成两个不同频率的sin函数值放在第2第3表格列里，然后相加这两个表格列放在第4表格列里，并生成折线图，最后不断改变频率，玩出各种拍频压力波的形状以增加形象理解。
　　二极管加电容器的倍压整流放大电路可以是很温柔的，也可以是很恐怖的。如果电容量很小，功率很小，那怕放大成1000伏的电压也电不死人。如果电容量很大，功率很大，那是会电死人的。后燃器的功率是超大的，它的无源放大机制是象老虎一样会发威的，对末级涡轮叶片的微裂纹扩展会有很恐怖的加速作用的。
　　F135的地面试验是在Houshang同学的地盘上做的。Houshang同学在一篇论文里提到过F135的后燃器进口压强最高做到过9atm（表压）。本天涯量子大胆猜想，这么高的进口压强，这些引擎男们肯定是后生无畏，敢将虎威当猫威，又开动后燃器，又收敛尾喷管了，这才有了的那次一下断掉3块叶片的恐怖事件。如果仅仅是开动后燃器，本天涯量子猜想，地面试验的结果将是既不温柔也不恐怖。
　　后燃器里不仅有上游段导入的燃气压力波音频，还应该有由后燃器内件自激产生的燃气压力波音频。那么，后一种燃气压力波振荡能否获得放大，从而起到破坏作用呢？本天涯量子搜肠刮肚只能找到两种自激源。
（本文未完，待续）
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要当好一个空军爱好者还是真不容易的
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本帖最后由 paini 于
17:22 编辑
天涯量子 发表于
（续一）& && &
& & 结果，这个建议石沉大海，因为属于政治不正确。客户最担心的事件就是F-135发动机 ...
我只是帮人家把一部分子程序模块并行化了，完整的程序里的部分模块我都没见到真身——应该是为了保密吧。
不过虽然据说是军方资助的研究项目，但是一个应用数学教授在做，我看到的部分是大气CFD（给我看的例子
是计算大气中气溶胶的运动），军方要计算大气CFD干什么呢？难道是研究怎么喷洒化学武器更有效率？
所以那个程序实际工程计算中能算什么、不能算什么，我都不清楚。
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[center]从军机的油门敏捷性和民机的排气环保性讨论开去 --- 谈到哪算哪[/center]
标签： 油门敏捷性排气环保性气态离子淌度谱纵向极化电磁波的发射闪烁型噪声
& & 油门敏捷性和排气环保性是两个方向完全不同的技术目标。本天涯量子把它们放在一起讨论，同学们一听，会觉得这有点像文科生们把中国高铁的安全性和索马里经济的快速发展特点联系在一起讨论，搞大胆假设，生硬求证了。其实天涯量子没有这样的爱好。本天涯量子只是在寻找排气环保性的解决方案的时候，凑巧发现这个方案还能解决油门敏捷性的问题。
& & 本天涯量子没有驾驶过战机。所以从没有体验过飞行员将战机油门改变时，希望战机速度能随之迅即改变的急迫心情。这是本次讨论的一个美中不足。
& & 但是本天涯量子每天都在踩汽车油门。每天都在体验在高速公路变道或者在70迈路口转弯时，油门踩下去了，速度却上不来的那种焦急心情。汽车的电子点火式发动机和战机的涡扇式发动机在结构上有着天壤之别，但是本天涯量子本着只讨论两者的燃烧学共性原理，不比较两者的机械结构细节的思路，拟抽取汽车发动机油门敏捷性机理中有共性的部分来借鉴思考有什么办法能改变战机的油门敏捷性。
& & 在维基百科里输入“oxygen sensor”进行查询，可以找到汽车发动机油门敏捷性的机理解释。不过，人家讲解的是，在反馈闭路控制模式下输入（亦即油门改变）~ 输出（亦即功率输出）关系的响应延迟机理。其实它们是一回事，是一个概念的两种表述。前者是正面表述，后者是负面表述。另外，相信大家开车时是不会让油门和气门在无反馈的开路控制模式下工作的。这是一种很二的开车行为，它需要大脚踩油门才能出现，具体后果就是使油门/气门/尾气转化催化剂全都遭受严酷的虐待。回到战机问题，如果飞行员也这么二一下，那是可以把MIL报警灯玩得嘟嘟叫的。一句话，与开路控制模式有关的油门敏捷性本天涯量子这次暂时绕过它，以后有空了再讨论。
& & 在闭路控制模式下，由引擎管理软件操作的汽车发动机的功率响应延迟基本上是由氧传感器引起的。引擎管理计算机亦称引擎控制模块 (ECM) 。氧传感器的功能作用是扫描发动机燃气中剩余氧气的含量分数，以便ECM模块判断当前的燃气组成是由于贫油燃烧，富油燃烧，还是化学比燃烧形成的结果，从而通过气门正时脉宽来调节新鲜空气进入汽缸的流量或者喷油压力和喷油脉宽来调节燃油注入汽缸的流量。目前的技术成熟的氧传感器是以单原子氧离子在陶瓷基中的扩散趋至平衡，在陶瓷层两边形成浓差电池电势为作用原理的。陶瓷层的两边各自贴覆着格栅状的贵金属电极，两陶瓷面透过格栅孔裸露的部份分别与被测燃气和参考燃气进行电子/单原子氧离子的半电池交换反应，在两侧面形成随氧气含量的变化而变化的浓差电池电势。
& & 陶瓷基氧传感器的上述这么一种结构，会带来两种响应延迟效应：一种是传感器本身的记忆作用带来的响应延迟效应，因为单原子氧离子在陶瓷基中的扩散肯定不如在燃气基中那么快，会有明显的记忆作用。这种响应延迟可以用水银温度计测体温需要等待1分钟而红外温度计测体温只需要等待1秒钟来类比。再一种是传感器的构造不适应高温条件，也不适应低温条件，只能被安装在环境温度适中的尾气段。为了节约埋设在陶瓷层中的电热丝功耗，环境温度为590K的尾气比较好。越往下游，系统介质容量越大，越会增加闭路控制系统达到稳态所需的 PID 调节算法的运行时间。所以第二种延迟效应是指系统的介质容量作用带来的延迟效应。这种容量效应引起的响应延迟的类比例子有：尽管同学们的手掌能够灵活方便地伸到东，摸到西，但同学们宁肯把眼睛长在大脑旁边，也不愿长在手掌上面，因为从手掌到大脑之间的神经介质容量太大了。再一个例子是在恒温水浴的玻璃缸里，化学实验室常见的那种，温度传感器是必须靠近电加热棒的，这样可以使水浴温度的上下行区间非常窄小。回到汽车发动机里的情况，由于陶瓷基氧传感器被安装在燃气很下游的位置，由它组成的闭路控制系统给出的真实的燃料/空气比的上下行区间实际上是很大的，而真正处于最佳油气比的工作时间只占了一个零头。有同学会扔砖头：石油化工厂里的精馏塔的介质容量海了去了，人家的状态参数控制程序还不是棒棒的使得上下行参数值之间的差值成为零吗？不错，是零。那是人家精馏塔的环境参数变化得很慢，或者操作工人要过很长时间才去折腾一次那些需要人工改变的参数，所以PID 调节算法有足够的运行时间达到设定值。
& & 当燃料/空气比低于化学比时，称为贫油燃烧。根据燃烧学原理，轻微的贫油燃烧有利于提高燃油经济性。但如果燃料/空气比的摆动区间过大，导致贫油程度较大时，会有氮氧化物的排放和尾气温度过高的情况发生。氮氧化物是大气烟雾的生成源。如果陶瓷基氧传感器不幸被污染物部分覆盖，以至虚假信号使得贫油程度很大时，会有先是动力短促上升（爆燃）然后无法点火而失去动力。当燃料/空气比高于化学比时，称为富油燃烧。根据燃烧学原理，轻微的富油燃烧有利于提高功率输出。但如果燃料/空气比的摆动区间过大，导致富油程度较大时，会导致燃油经济性下降，并伴有一氧化碳和碳氢化合物的大量排放和三效催化剂过热受伤害的情况发生。
& & 由上述讨论可知，为了理想的油门敏捷性，氧传感器的测量值~实际值的迟滞回路面积应该趋近于0，氧传感器的安装位置与燃烧反应的发生位置的间距应该趋近于0。这样会最小化闭路控制模式下油门改变 ~ 功率输出关系的响应延迟。这样做的附带好处是燃料/空气比的上下行摆动区间也小了，燃油经济性和排气环保性也随之得到提高。
& && &&&未完, 待续
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超大游击队员
xianren458 发表于
谢谢！非常感谢有人回答我的问题了。
不过我可能没把想问题给表达清楚，你说的这些我都明白，但是我不 ...
带细腰的一根管子，向管子里注水，那么细管子里的水比粗的部分要流的快。你可以把机翼弯曲的部分想象成细腰的一半。
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谢谢呵，终于有人回答我了，真是万分感谢！
关于流量守恒，我这点我能明白，但是我不明白的是速度的 ...
因为要守恒所以必须上面流的快。
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从军机的油门敏捷性和民机的排气环保性讨论开去 ------ 续一
& && & 那么，能满足这两个要求的氧传感器哪里有呢？现在还没有。但是本天涯量子想鼓动同学们利用气态离子淌度谱 (IMS) 技术在一两年内把它从无到有地研制出来。基于IMS技术的氧传感器需要一段很小的旁路和很小的压降。尽管很小，但对于汽车发动机来说还是不适用的，所以只能用在航空发动机上。从减少航空发动机噪声源数量考虑，IMS氧传感器的旁路形式要好过陶瓷基氧传感器的内件形式。不幸，查了一下国家十二五高端设备立项计划，发觉气态离子淌度谱 (IMS) 技术不在立项计划之中，感到很可惜的。
& & 说起来同学们可能有点不相信，气态离子淌度谱 (IMS) 技术是一种有持续开发前景的技术。目前已经获得成功应用的市场产品有警用痕量有机物检测仪，用于机场海关探测爆炸物和毒品。在美国，此类检测仪销量规模最大的两家公司是GE和Smiths。它们的技术水平不相上下。它们的关系有点像生产智能手机的三星和苹果，为了专利争执长年有官司。年前GE可能觉得此类检测仪的市场容量过于依赖政府预算，增长前景不被看好，就把这部分业务买给了Morph。同学们知道，GE最牛的业务是在航空发动机制造，虽然它的痕量有机物检测仪的业务被卖掉了，但它的气态离子淌度谱 (IMS) 技术的产品战略方向和技术发展方向却留下了，就像有光荣战史的解放军部队一样，干部战士转业了，但经典和传统却留下了。另一方面， Smiths这边的订单形势估计也不会比Morph好到哪里去，来自政府TSA部门的订单被强制压缩，大量裁员的乌云可能正以看得见的速度飘过来，建议有抱负的中国电子仪器企业应该做点准备工作，将来好引进此类人才（把他们说成是浮财也可以）。
& & 本天涯量子估计，Morph和Smiths在痕量有机物检测仪业务方面，今后的突困方向就是将此类检测仪改造成中等分子量有机物的精密定量分析仪，以气态离子淌度谱 (IMS) 技术特有的快速高效低耗绿色等特点抢占替代石化制药等行业里有刚性持久需求的气液相色谱仪的市场。这其中需要克服的技术门坎有如何降低离子化能量以消除鬼峰，如何用离子的极性矩放大其碰撞截面以提高分离度，如何消除仪器零件表面电荷分布引起的电磁兼容性不好以提高再现性。所有这些问题都可以找到现成的物理学原理形成的方案去解决，只是产品研发的资金和周期会让人犹豫和却步。大荒年头，连地主家也没有余粮了。
& & 上面所说的几点化学分析仪的设计要求，看起来有点“高科技”，但对于氧传感器来说就没有必要了，或者说是多余的了。IMS氧传感器比起IMS有机检测仪，无论是在结构上还是在系统上，都可以做得更加迷你得多，更加简单得多，更加低科技得多。下面介绍一下用气态离子淌度谱 (IMS) 技术设计氧传感器的主要原理。
& & 首先请同学们看一下郭成海和曹树亚俩同学写的《离子迁移谱》一书中的第116页，大致了解一下有关载气，漂移气，N-63电离筒，高压栅，离子栅门，聚焦环，保护栅，离子收集极，和定标试剂等概念。不过，不去看这本书也没什么关系，等到下面用到这些概念的时候，根据上下文也能知道它们的意思。前面本天涯量子提到IMS 技术是一种有持续开发前景的技术，所以接下来在列举这些构件的功能时也顺便聊聊它们和其它技术领域的相关性。
( 未完，待续 )
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不过，我现在又有一个疑问，那就是，如果是在这样的情况下，上表面的空气确实是会比下表面的空气跑得快速 ...
空气的宏观气动现象本质上不能算是空气自身的移动。。。。因为空气分子实质是在做不规则的运动，所以所谓的气体流动，其实应该是空气分子彼此之间同时向一个方向传递同一种扰动（机械波）
也就是说，当机翼前沿碰到一个空气分子时，这个分子原来无序的运动方向被从宏观上赋予了一个方向，然后这个分子把种扰动传给其他周围的分子，传播的只是空气分子的宏观扰动，不是分子本身，当然这个扰动的传播沿着不对称的机翼表面是不对称的。
（其实在亚音速条件下，弱扰动的传播速度等于音速，这个分子是被机翼前沿推着的其他分子扰动到的，所以可以理解为一个所有的空气流场都是由位于机翼前沿驻点上的那个空气分子扰动到的）
实际上机翼从空气中穿过的情形更像是一根筷子从一堆大米划过，大部分的大米其实并没有动，只不过筷子划过的区域的大米受到了影响而已。如果筷子不是对称的，那面两边大米收到的影响也是不对称的。
而经典空气动力学里为了方便计算和描述流场，通常采用欧拉方法，就是假设机翼不动，空气从机翼周围流过，这样的好处是在定常流场中，以机翼为参照物的任意一点的流程是固定的，因此研究的范围仅限于机翼附近被扰动的那一部分就可以了。而如果采用空气为参照物，那么机翼的运动带来的影响范围就太大了。
微观上，空气微团之间的作用力可以认为只有惯性力和摩擦力，伯努利原理很好的解释了惯性力的部分，但是完全忽略了摩擦力的部分，实际上机翼表面的那层空气的速度都是0，无论上表面还是下表面。。。从机翼表面出发，沿垂直于气流的方向，离开表面越远气流速度约快，而这种速度梯度的产生就是摩擦力的影响（粘性）同样离开表面越远相邻两层空气之间的速度差就越小，粘性力的影响就越小，这时候惯性力开始逐渐起主要作用，直到离开表面足够远的情况下粘性力作用可以忽略的程度，就可以完全适用伯努利原理了。
而机翼表面那层粘性力不可忽视的流场，被称之为附面层。但是实际中附面层的厚度并不厚，对于小型飞机来说可能只有几个到几十个毫米，所以作为对机翼低速流场的描述，可以认为是把实际机翼加上这薄薄的一层附面层一块作为机翼考虑的，至于LZ操心的速度不一致的问题，在这层附面层之内通过粘性摩擦就解决了。
前面说的都是不可压缩的绝热流体，也就是空气在恒温低速的条件下的情况，跨音速流动涉及热力学问题，说起来就太麻烦了。。。。
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谢谢，可是我一直没弄懂，为什么必须是在相同的时间到达。
这个不能确定就一定是同时到达吧
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2） 如果我们没有学过大二的流体力学，只要学过大一的气体分子动力学，我们照样可以分析机翼的升力。 ...
居然看懂了，不错
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超大游击队员
同一时间到达机翼尾端这个条件是错的
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LZ，有兴趣的话，可以看看《Fundamentals of Aerodynamic》 这本书蛮不错的
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本帖最后由 天涯量子 于
21:20 编辑
&&从军机的油门敏捷性和民机的排气环保性讨论开去 ------ 续二& &&&
& && &&&现在列举一下IMS氧传感器的主要构件极其功能，顺便聊聊它们和其它技术领域的相关性。
& & 1）因为被测的目标物是燃气中的剩余氧气，而燃气本身就有流动性，所以就不需要像IMS有机检测仪那样另外提供载气了，燃气本身可以作为载气。在IMS有机检测仪中，提供载气是为了使被测的有机物具有流动性。
& & 2）因为被测的目标物氧气的浓度不是痕量级的浓度，所以用于被测物分离过程的漂移气就不需要纯净，燃气本身可以作为漂移气。但在IMS有机检测仪中，被测有机物的进样量是痕量级的，漂移气中若有微量级的有机物则一定会把样品中痕量级的有机物掩盖掉。
& & 3）因为被测的目标物氧气的浓度相当高，由内壁镀有N-63同位素的筒状电离通道提供的数量级为2.2E-4 umol原生电子/(秒.molNi-63)的原生电子产率根本不足以使IMS氧传感器中数量级估计为10 umol的氧分子发生饱和离子化。在IMS有机检测仪中，这个问题的解决方法是利用离子化反应试剂使高能原生电子的 umol数成百上千地倍增成为低能次生负离子的 umol数。这不但能使被测有机物分子全部离子化，还能使一部分氧分子也被离子化为双线态，所以在IMS有机检测仪中总是可以见到作为检测结果的气态离子淌度谱图在10微秒处的氧气峰。但在IMS氧传感器中，是不可以使用离子化反应助剂的。因为IMS氧传感器的设计要求是能够进行不间断的循环扫描氧含量，如果不间断地向IMS氧传感器中输入离子化反应助剂，那么该传感器的运行成本就会高得无法承受。
& &（离子化反应助剂是一类有机物，通过碳-碳σ键的受轰均裂，可成为自由基，继而向目标分子授予电子自己成为正离子，完成一个将β-射线电子动能转化为目标分子离子化能的能量转移过程。也有通过碳-卤σ键的受轰非均裂，成为气态超强碱，继而向目标分子夺取质子使对方成为负离子，完成一个能量摆渡过程。全氯乙烷同时兼有这两种功能，是一种常用的负离子化助剂。）
& & 由此可见，研制IMS氧传感器的主要技术门坎就在于研制一种先进的原生电子发生器，它的电子产率希望能大得吓死人，