航空航天領域?qū)恿Φ木薮笮枨笫莿e的工程領域很難見到的，幾百噸的客機要以接近音速飛行∷鞒郏或者幾十噸的戰(zhàn)斗機要以超過2倍音速飛行。再或者上千噸的火箭要克服地球引力進入太空骡拐。

但是因為對重量和油耗的敏感妓浮，又不能像汽車發(fā)動機，堆砌活塞氣缸數(shù)量猜旬，加大排量或者裝更大的渦輪脆栋，又或者像賽車一樣犧牲壽命和可靠性來壓榨出更大功率。

R-4360

TP400

大約 一樣的重量 空客A400M的動力 TP400輸出軸功率11000馬力洒擦，而28缸71.5升排量的活塞發(fā)動機R-4360只有3500馬力。當然他們相隔了半個多世紀怕膛。

航空發(fā)動機：

波音777的動力通用電氣GE90熟嫩，干重8.3噸。極限推力57噸褐捻，也就是127.9千磅掸茅，由GE90開發(fā)來的燃氣輪機LM9000輸出功率75兆瓦。

也就是超過10萬馬力柠逞，是一臺大眾高爾夫1.6發(fā)動機的將近1000倍昧狮。

更別提 它可以實現(xiàn)超過7萬小時的大修間隔景馁。

還沒有女生手掌大的一片高壓渦輪葉片，卻赫然可以制造550馬力逗鸣。跟航天發(fā)動機比合住，這只是個手無縛雞之力的小朋友。

雖然航空發(fā)動機功率巨大特与，但有些發(fā)動機承力部件释何，可能不像我們所想像的，牢牢固定在發(fā)動機上注括。

比如著名的CFM56發(fā)動機坯肿，它的風扇葉片是是通過榫頭卡在風扇盤的榫槽中的。這種結構不獨特蝴车，真正獨特的是葉片榫頭和榫槽之間是間隙配合蔗承，也就是留有空隙。

這種間隙會產(chǎn)生什么效果呢蛹协？用手撥動風扇葉片慢慢旋轉(zhuǎn)時主瘸，由于重力作用，每片風扇葉片在接近十二點鐘的位置會向軸心方向滑動淑停，在接近六點鐘位置時又向軸心反方向滑動孝摘，于是你會聽到一連串清脆的嗒嗒聲，這是一片片扇葉不斷上下滑動撞擊風扇盤的聲響锰抡。

這看起來還沒有家里的電風扇扇葉牢固妻往，但是七十多噸重的空客320或者波音737，就是靠著兩個發(fā)動機里一共七十來片松松卡在風扇盤里的葉片帶上云霄的试和，而且還那么安全可靠讯泣。所以我們只能說，嚴謹周密的計算和實驗阅悍，比我們的直覺更靠譜好渠。

當然在發(fā)動機啟動后，風扇轉(zhuǎn)速很高节视，巨大的離心力會使得每片風扇葉片的榫頭拳锚，都向外緊緊拉住風扇盤的榫槽，就不會有這種竄動和撞擊聲了寻行。

但也正是因為這種獨特的間隙配合設計霍掺，使得CFM56發(fā)動機的風扇葉片，要定期拆下來清洗榫頭拌蜘，并給榫頭榫槽噴涂潤滑劑杆烁，畢竟風扇葉片榫頭和風扇盤榫槽間存在滑動摩擦，就有磨損的可能简卧。

航天發(fā)動機：

阿波羅登月的火箭土星5號兔魂，起飛全重3000噸郑舷。一級火箭有5臺巨大的F-1煤油液氧發(fā)動機，每臺輸700噸推力锌拱，而其干重只有8.3噸肘鹅。

為了達到這么高的推力，5臺F-1發(fā)動機每秒鐘共燒掉將近13噸的氧氣和燃料陷母！

并在真空中以將近3公里每秒的速度噴出贷营。

這么巨大的質(zhì)量流∧蛴肯定不能像汽車發(fā)動機一樣一個噴油嘴诬粗，它的燃燒室噴嘴是一個陣列。

為了在有限空間的燃燒室內(nèi)燒掉更多的燃料溜舷，燃燒室壓力不能太小扯凫。

比如航天飛機的主液氫液氧發(fā)動機SSME燃燒室壓力206個大氣壓。

SSME和它的轉(zhuǎn)生SLS火箭主發(fā)RS-25开摄，為了實現(xiàn)這么高的燃燒室壓售拼。它的高壓氫泵，輸出57兆瓦也就是超過7萬6千馬力邦马，再加上高壓氧泵輸出16兆瓦也就是超過2萬1千馬力贱鼻。合計將近10萬馬力，將近100臺布加迪威龍發(fā)動機的極限功率滋将。

這只是泵的功率哦邻悬。

而它的體積一共才這么大，平均每1磅随闽，450克的重量就能產(chǎn)生100馬力軸功率父丰。

而且這泵雖然工作在幾萬轉(zhuǎn)，還不能用潤滑油來潤滑軸承掘宪，它的軸承是由零下一百多度的液氧潤滑的蛾扇。

再加其動力來自于預燃燒室，高熱的貧氧燃燒氣體推動渦輪魏滚，渦輪驅(qū)動同軸的泵镀首。如果高熱的未完全燃燒氣體接觸到純氧，就直接爆炸了鼠次。這對渦輪泵的氣密系統(tǒng)提出很大挑戰(zhàn)蘑斧。

它在燃氣端和氧氣端中間吹入惰性氣體氦氣來隔絕。

而最終實現(xiàn)的效果卢操，它燃燒室內(nèi)的化學能轉(zhuǎn)化功率可以達到喪心病狂的數(shù)據(jù)。

比如阿麗亞娜5號的主發(fā)動機火神2號件父。117倍大氣壓的燃燒室壓力企奔。

燃燒室內(nèi)化學能轉(zhuǎn)化功率達到了每立方米85G瓦祸播，是一臺大眾高爾夫發(fā)動機功率的超過一百萬倍！

也是下圖電廠發(fā)電功率的超過40倍妖奕。

2G瓦發(fā)電功率的電廠遭唠，Eschweiler

而F-1發(fā)動機1963年就已經(jīng)交付NASA，SSME在1981年就首飛了窄栓，還是可重復利用的哦（雖然還是貴的要死）颊姻。

通用電氣GE90是1993年首次運行的。

這些也都不是什么極度前沿的“黑科技”笙亿，算是航空航天領域的“日辰每遥”吧。

航天飛機：

1.航天飛機的氣動非常差勁炕烈，降落時的下降率基本相當于跳傘運動員的自由落體速度刮赵，直到最后時刻才會拉平。與其說是降落皱坛，不如說是摔下來编曼。

民航客機的下滑道與地面夾角大約3°，而航天飛機為20°剩辟。如果從民航客機的巡航高度開始計時掐场，到落地只要三分半鐘。

NASA訓練宇航員時為了模擬航天飛機糟糕的氣動贩猎，改裝了一架灣流熊户，飛行時放下起落架并在空中開反推。

航天飛機也沒有副駕駛融欧，可能NASA覺得這個稱呼對精英飛行員是一種侮辱敏弃。坐在左邊的是指令長(Commander)，坐在右邊的才叫Pilot噪馏。

2.SSME （航天飛機主引擎）的噴管內(nèi)壁完全是由冷卻管焊接而成麦到，點火后內(nèi)壁溫度雖然高達600-3000K，但外壁溫度低到可以觸摸（最好戴手套欠肾，說不定反而會凍傷）瓶颠。

噴管內(nèi)壁是由1080根緊密排列的冷卻管線焊接而成，焊縫總長可達數(shù)公里椭吠。

左下為冷卻管線截面圖捅青，冷卻劑為高壓液氫。管線采用A286耐高溫不銹鋼炬锦，鍍有保護層豺孤。每次飛行后會對冷卻管線進行探傷檢測，泄露威脅飛行安全的話會對噴管進行更換。

SSME推進劑流程圖凌秩。推進劑經(jīng)由低壓和高壓燃料泵加壓浦砸，一部分送入圖一中的噴管冷卻管線，一部分送入主燃燒室冷卻管線段许，進行熱交換毯旷，最后送到預燃室燃燒。

SSME工作時驹毁，還有凝結的水汽繚繞在噴管周圍选癣。

3.這個很多人知道，但是蠻有意思的所以提一下廊席。

美國的航天飛機安裝火箭發(fā)動機杰刽，起飛時作為主發(fā)動機工作提供推力，降落時無動力滑翔堆生。

蘇聯(lián)的航天飛機安裝航空發(fā)動機专缠，起飛時不工作，降落時可提供一定程度的機動能力淑仆。

航天飛機的菊花

暴風雪的菊花

暴風雪號航天飛機涝婉，此為原型機，尾部有四臺AL31發(fā)動機蔗怠，可自主從機場滑行起飛在大氣層內(nèi)飛行墩弯。

下部的兩個噴管為變軌發(fā)動機，起飛過程中不使用寞射。

但后來進行暴風雪計劃中唯一一次無人太空飛行時并未安裝航空發(fā)動機渔工。

不過據(jù)說正式版本還是會安裝兩臺航空發(fā)動機，無法像原型機一樣滑跑起飛桥温，但是可以在降落過程中有更強的飛控能力引矩。

宇航服：

1.關于宇航服的減壓很多童鞋可能認為，宇航員進行EVA可能只需要把艙外航天服往身上一套就可以出艙了侵浸，比如幾年前的科幻電影《地心引力》...

然鵝事實完全不是這樣的旺韭。

由于太空的外界環(huán)境是真空的，那么宇航服內(nèi)外之間就會有極大的壓力差林乍，根據(jù)我們初中（大霧）所學習的知識宙锡，這個壓力差會對宇航服產(chǎn)生驚人的作用力，這就會使宇航服膨脹戒腔，從而影響宇航服的靈活性狐昆，甚至使宇航員無法動彈。

為此工程師們想了許多的解決辦法掸枉，

第一個解決辦法是將宇航服做的很厚實八领，使它不會膨脹疑拯，但這樣做肯定會增加宇航服的重量，這對于早期的航天活動來說并不是很友好阎肌，此外昌漏，這樣做仍然會降低航天服的靈活性。

第二個解決辦法就是降低航天服內(nèi)部的壓力将遮，氣壓下降了，那膨脹什么的都好說嘛肌坑！但是近弟，降了壓之后人會出現(xiàn)類似于高原反應的癥狀，要解決這個問題就只能給宇航員吸純氧挺智，這樣問題似乎就能夠被“完美解決”祷愉，但由于人體血液中溶解了微量的氮氣，如果減壓前不排出這些氮氣赦颇，在減壓之后這些氮氣會在血管中形成氣泡二鳄，使人患減壓病，而且大量氣泡進入心臟是非常危險的...所以就需要在出艙前進行數(shù)小時的吸氧排氮以確保安全媒怯。

最后的結果是第一和第二種方案的結合订讼，能夠使得航天服內(nèi)的氣壓維持在相對較高的水平（美國現(xiàn)在的艙外航天服內(nèi)部工作氣壓30kPa，毛子的是40kPa扇苞，標準大氣壓是101kPa）欺殿，但是在執(zhí)行EVA之前需要進行幾小時到十幾小時不等的吸氧排氮。在航天飛機上是這樣的：

STS-115任務中的出艙準備

而在國際空間站上鳖敷，氣閘艙是獨立的脖苏，航天員只需要在氣閘艙里睡一覺，就可以完成吸氧排氮了定踱。

事實上現(xiàn)在還沒有可以使內(nèi)部工作氣壓達到一個標準大氣壓的宇航服盼掘，NASA在上世紀八十年代末嘗試開發(fā)全硬殼的AX-5宇航服，這套宇航服通過類似于盔甲的全硬殼使宇航服內(nèi)部的工作氣壓能夠達到一個標準大氣壓耸颁，可是最后由于經(jīng)費問題被迫下馬彰巫。（挺像米其林的，不是嗎）

AX-5宇航服樣品

而就算艙外航天服加固又降壓韭赡，有時還是會出事...

一個真實的例子就是人類最早的一次EVA———上升二號任務挟晒。在出艙任務中，宇航員Leonov在出艙后發(fā)現(xiàn)他的宇航服開始膨脹割懊，這讓他行動困難寸快，并且膨脹的宇航服然他根本擠不進氣閘艙狹窄的艙門。當時Leonov的氧氣供給已經(jīng)只剩下不到15分鐘烙赴，于是他只能放掉他宇航服中的空氣汞阔，當宇航服內(nèi)的氣壓從正常的40kPa下降至不到27kPa，之后他才成功返回了氣閘艙。這次事件后來被改編成了電影《太空第一步》企舌，還原的還是很真實执执。

上升二號任務使用的艙內(nèi)艙外通用宇航服，可見有些部位十分單薄

所以說現(xiàn)在的航天服雖然能夠出艙晌姚，但是還不能應對突然的出艙需要粤剧，而隨著NASA未來登陸火星任務的開展，全壓力的艙外宇航服的研制又被提上了日程挥唠，畢竟火星的環(huán)境比月球要復雜得多抵恋，能迅速出艙開展活動能提高探索的效率，讓我們一起期待吧...

2.關于看著很帥的噴氣背包

對于宇航員背上的噴氣背包宝磨，大家一定都不陌生弧关，因為人類第一次使用噴氣背包進行無繩系留太空行走的圖片出現(xiàn)在了相當多的教科書中：

在STS41-B任務中由宇航員Bruce McCandless執(zhí)行的人類首次無繩系留太空行走

而這張圖中宇航員背部的那個裝置就是我們所說的噴氣背包，官方名稱是“載人機動組件”唤锉，在許多的科幻小說或者電影中世囊，這些噴氣背包都擁有無與倫比的機動能力，一下子就能竄出好遠窿祥，甚至在某部電影中一部噴氣背包能讓兩個人從HST轉(zhuǎn)移到ISS...

然鵝事實也完全不是這樣...

由初中（大霧）學習的牛頓第三定律可知株憾，要想在太空中穩(wěn)定姿態(tài)或者移動，只需要要向外界噴出氣體壁肋，而噴氣背包也就是這個原理号胚，通過向外界噴出氣體來維持姿態(tài)和移動。聽起來似乎很簡單...

但是現(xiàn)役的噴氣背包都是單組元推進系統(tǒng)逊汤，顧名思義就是推進系統(tǒng)只有一種“燃料”（雖然有些單組元推進劑是可以分解的崎亚，但是由于應用得少，所以這里不做介紹）啥榜，但是單組元推進系統(tǒng)的“燃料”不會燃燒涉炒，“燃料”只是被儲存在高壓的罐子中，需要用的時候再噴出來掏博。而噴氣背包的“燃料”就是氮氣殃玻，因為它加壓儲存后十分穩(wěn)定而且容易噴出，但是由于高壓氮氣不能提供很大的推力伊肿，所以噴氣背包的機動能力并不是很高——開始介紹的最早的噴氣背包的速度增量只有不到25m/s肆鸿，而使用完所有的氮氣還需要好幾分鐘，所以利用我們高中學習的知識就可以知道噴氣背包能夠提供的的加速度是很低的炒耀。所以說瞳聊，電影里噴兩下就可以繞著航天飛機轉(zhuǎn)兩圈的畫面都是不正確的...

所以有人肯定會問，那為什么不用雙組元推進系統(tǒng)名密？

答案很簡單藏估，由于雙組元推進系統(tǒng)有燃料和氧化劑拍埠，點火時會有燃燒，相當于一個小號的引擎土居，但是...您也看見了...它會有燃燒枣购，而噴氣背包和宇航服一般是一體的，宇航服如果讓噴氣背包產(chǎn)生的高溫氣流一燒擦耀，結果就可想而知了......而且棉圈，雙組元推進系統(tǒng)的結構更復雜，很難塞進噴氣背包中埂奈，所以綜合考慮之后迄损，NASA放棄了使用雙組元推進系統(tǒng)的噴氣背包。

所以綜上所述账磺，噴氣背包的機動能力并沒有大家想的那么厲害，甚至已經(jīng)被簡化為宇航員的艙外航天服背包上的一個模塊（如下圖）痊远，機動能力更低垮抗，而且一般都是在宇航員發(fā)生意外（比如意外飄離了航天器，但事實上很少進行無繩系留的太空行走）時進行自救的碧聪。

STS133任務中一次EVA的照片冒版，艙外航天服背包的下部就是噴氣模塊

最初的三套“載人機動組件”都已經(jīng)退役，存放在博物館中伐页，目前NASA還沒有明確下一代專用噴氣背包的建造侈敏。不過即使如此，它們也是我們太空探索史上的瑰寶养砾。

但是噴氣背包還是有許多用處的嫩视，它可以讓宇航員擺脫航天器的束縛，將太空中的物體回收回來质教，比如這樣：

STS51-A任務成功將由于上面級故障而停留在無用軌道的Weater 6通信衛(wèi)星回收

STS41-C任務成功修復了故障的Solar-Max衛(wèi)星豪荧，當時衛(wèi)星動量輪故障，處于失控的三軸旋轉(zhuǎn)中

（航空制造網(wǎng)）

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