我相信幾乎所有的關心中國航空發動機發展的旁友都聽過一個很典型的結論：中國航空發動機不好是因為中國的材料不行。甚至於有的人還會添油加醋地說：“中國的發動機圖紙都畫的出來，但是因為材料原因根本就造不出來”。
這個說法頗有道理，也很有戲劇效果，但是我實在不能認同這種觀點，開篇明義：中國的航空發動機確實會面臨材料上的問題，但是材料問題不是制約中國航空發動機的根本問題，解決這個問題也不是單純靠發展材料能夠解決的。
發動機故障往往最直接的表現都是材料效能不足
簡單說，航空發動機中的很多故障最直接的表現就是發動機裡面的什麼零件斷掉了，或者裂開來了。比如說航空發動機裡面經常會出現的葉片斷裂故障。
航空發動機上的葉片斷裂
再比如說發動機中比較嚴重的渦輪破裂、包容失效事故。
航空發動機渦輪破裂事故
一個零件為什麼會出現裂紋或者整個斷開？其實最直接的原因就是：這個材料已經承受不住外界對這個零件施加的載荷了，所以才裂開或者斷開的。
比如說下圖就是一個最簡單的零件，我們通過一個力F用力拉這個杆子的兩端，從而引起了零件內部的應力，當應力超過這個材料的極限之後，零件就會斷裂了。
而且發動機工況非常複雜，所以零件遠遠不是承受靜力這麼簡單，而是處於一個振動的環境中。在這樣的環境下，零件受到的力是“動態”的，忽大忽小，而在這樣的振動應力作用下，材料的破壞要容易得多。最簡單的例子就是：你單憑蠻力拉，拉不壞一根鋼絲，但是隻要反覆折兩下，鋼絲就壞掉了。
所以，航空發動機的故障一般都是零件在複雜的工作狀態下，材料受不了巨大的振動應力，所以才發生了裂紋和斷裂。
但是，這歸根結底不是材料的問題，也不是發展材料可以解決的
有人就要說了，材料受不了這麼大的振動應力，那你就發明出來能夠承受得了這麼大振動應力的材料，那不正說明了航空發動機造不好是材料問題嗎？
這個說法很對，但是我得到的結論卻正好相反，我舉個極端的例子大家就明白了：
一個人開槍打死了另一個人，被打死的那個人死亡的直接原因是什麼？直接原因是頭骨不夠硬所以被子彈打穿了。那麼是不是說，責任都在被打死的人，以後防止槍殺案的方法就是大家去想辦法鍛鍊增強自己頭骨的硬度呢？
明眼人一看就知道，這種說法是非常荒謬的，但是荒謬在哪兒呢？原因就是，頭骨你再怎麼鍛鍊都不可能擋住子彈，所以唯一防止人被槍打死的方法就是抓住開槍的那個人。
而放到航空發動機裡面，我們也要去尋找那個開槍的人，去找造成材料內部振動應力大的根源，而不是去責怪材料為什麼不夠強。
發動機中的振動不是普通的振動，而是“共振”。所謂的共振，就是如果你用一個固定的頻率快速敲擊一個物體（不同的敲擊頻率），就會發現在某一個敲擊的速度下這個物體居然回越振越厲害，最後根本就停不下來。
比如說我們推鞦韆，會推推鞦韆的人就會知道當你用某一個頻率反覆推鞦韆會越蕩越厲害，所以推到一定的程度你必須要停下來，不然就可能出危險——而這就是共鞦韆中的“共振”
下圖中的直升機就是遇到了共振。通過觀察這個動圖我們就可以發現：一開始結構的振動還不算大，但是後面卻越振越厲害，最後整個飛機都碎成了渣。這也就是說在共振狀態下，因為振動的幅度是沒有上限的（因為越振越厲害），所以理論上再厲害的材料遇到共振都一定會壞。
直升機上的共振
簡單說，不把振動的問題解決，只發展材料是沒用的。那種“中國只要有了好材料發動機就能夠造出來”的論點，只是欺負外行人不懂。
避免航空發動機中的振動才解決問題的根源
像劉大響這樣的航空發動機院士說出來過“一代新材料、一代新型發動機”[1]，但是這顯然是 說材料是發動機的上限，我們現在面臨的問題根本就不是上限問題。
為了解釋這一點，我說一段很有意思的故事：
當發動機渦輪溫度提高XX度時，渦輪壽命下降一半，所以這麼多年來大家都在想改進材料把這壽命補回來。努力了幾十年，從第一代進化到第N代材料，終於讓渦輪壽命回來了（搞材料的朋友肯定知道在快到2000K這個量級提高金屬效能有多難）。結果一看轉子振動太大，為了防止轉子跟機匣碰上，葉尖間隙放寬0.1毫米，導致壓氣機效率下降X%，渦輪前溫度提高2*XX度（所以別看某些發動機渦輪前溫度高得離譜，實際上有可能是自己作的）。材料：我X。
所以說貼近航空發動機一線的朋友總掛在嘴邊的一句話：“振動是萬惡之源”——而這句話是說的發動機的下限。惡不除，材料數十年發展的那點兒紅利連牙縫都不夠塞。
而造成發動機中產生“振動”的原因是多種多樣的，比如說高速轉動的轉子如果設計的不好就會發生共振。
另外，氣流的流動、燃料燃燒時的波動都會造成發動機中零件的振動，比如說下圖就是在模擬發動機葉片的振動（圖片是通過高速攝像機拍攝的）。
所以想要避免發動機的故障，就是要解決這些振動的起源，從根源上就把發動機的故障給排除掉。而解決這些故障靠的是什麼？是改進材料嗎？不是，是設計。
比如說，發動機中的轉子，你設計成這個形狀它就會在工作狀態下振動；你設計成那個樣子就不振動了。再比如說，發動機的葉片有一種技術叫做“錯頻減振”，意思就是我讓一個輪盤上的很多個葉片之間有輕微的差異，防止一個葉片振動、帶動其他所有葉片振動。以上這些措施，都不需要改變材料，只需要改變設計就行了。
一個輪盤上的葉片互相之間都是有細微差別的
所以說，“設計能力”是解決這些發動機問題的最根本的措施。改進材料確實是可以增強發動機效能的，但是屬於“錦上添花”，設計能力提不上去，都是白瞎。
裝配工藝本質也是設計出來的
最後，針對一些朋友說“工藝問題才是發動機的根本問題”，我也要解釋一下。
航空發動機中的工藝問題範圍很廣，比如說材料表面處理、塗層、裝配工藝等等，其他方面我不是很了解，但是至少裝配工藝有很大一部分是設計出來的。
簡單說，“設計”不只是巨集觀尺寸的設計，介面配合公差這種引數也是歸總體設計部門管，如下圖所示就是盤-軸連線的不同配合公差設計：軸比孔大，就裝配得緊、但是裝配難度大；軸比孔小，裝起來容易但是結構會“鬆”，所以這0.0Xmm的引數到底怎麼給還是得總體設計部門給。（裝配部門表示讓我設計我就全部間隙配合你信不？）
甚至於裝配過程本身（比如說冷裝/熱裝、加熱/冷卻溫度、螺栓裝配順序、擰緊方式）也是總體設計部門參與其中的。
優秀的裝配工藝引數設計可以讓裝配工藝大大簡化的同時還能夠取得一樣的合格產品，這就是本事。所以你看國外的很多發動機裝配車間裡沒有什麼複雜的儀器和裝置，絕大部分裝配步驟一把普通的力矩扳手按照設計好的裝配流程擰就行了，要多簡單有多簡單。
國外發動機裝配車間中使用裝配裝備
次優秀的裝配工藝設計雖然裝配難度大、過程複雜、使用儀器多、依賴熟練工，但是好歹最後能夠達到設計目標，裝配部門罵娘但是產品合格。
而最次的設計，就是這也要求、那也要求，裝配部門叫苦不迭但最終裝出來的東西偏偏還不合格，設計部門得整天忙著排除故障。
總結
航空發動機中的故障直觀體現是材料的破壞，但是究其根源是航空發動機設計不到位讓內部產生了較大的振動。在振動超標的情況下，提高材料的效能根本就沒有意義。
所以制約中國航空發動機發展的，不是什麼“材料問題”，而是真真正正的“設計問題”，我們的設計根本就沒有能夠避免這些振動的發生，空談材料實在是頭痛醫頭、腳痛醫腳，結果只能是事倍功半。