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实际上有一个悖论,世界是依靠“传统”来推进的还是依靠“创新”来推进的?在这一个问题上来看,W君是坚决的站传统的,是不是有那么一点反常识?

今天聊到这个话题,是因为有粉丝给W君发来了这样的一个东西:

这玩意叫做“欧米茄1(Omega One engine)”发动机。

简单的说下工作原理:欧米伽发动机的名字就已经很好的揭示了这个发动机的结构,“Ω”形态的发动机,发动机由两个轮组成,其中的一个轮子上有一个特定形状的缺口,形成了“Ω”形,另一个轮子上则有一个凸起。两个轮子紧紧贴在一起由齿轮带动一起旋转,当缺口和凸起啮合在一起的时候就产生了挤压效应,提高缺口内的空气-燃料混合物压力,从而在一个旋转周期内完成一个内燃机“吸、压、做、排”的动作,也就是转一圈完成了普通活塞式发动机转两圈的工作。

由于没有复杂的气缸、活塞、曲轴、飞轮等一系列和“做功”无关联的部件,这种发动机不仅仅做到了最大的轻量化并且运行相当平稳。

听起来是不是非常“革命性”?甚至让人有点兴奋?但问题也正是从这开始的。

W君为什么不“买帐”呢?

这类发动机设计,W君不是没见过。其实每隔几年都会冒出一个“即将改变内燃机命运”的新概念:有人搞偏心波轮机,有人搞等离子点火,有人搞静音燃爆微型机芯……但结果呢?除了媒体吹,除了自媒体阅读量暴涨之外,有哪一个真正上了战场、进了汽车、走进了工业?

Omega One 的设计,表面看起来极为优雅:没有活塞,没有曲轴,没有连杆,没有气门,几片盘子一旋转就能“吃进去空气、吐出能量”,甚至号称可以同时兼容汽油、柴油、氢气甚至航空煤油……听起来是不是比什么涡轮机、活塞机、转子机还牛?

但工程这东西,不是拼“听起来好像很合理”,而是看“能不能跑、能不能冷、能不能修、能不能量产”。

首先,密封就是一个巨大的“天坑”。通过旋转输出动力的四冲程发动机并非只有Omega One一个,这里咱们旁证一下(有点得罪马自达车主了……),马自达在上世纪六十年代开始使用转子发动机作为自己的汽车动力。

一时间“转子无敌”的观点在汽车圈子里面就爆开了,很多人就被这种新奇的发动机所吸引。不过,马自达当年购买的是德国NSU的专利和技术授权,NSU很多人不熟悉,这是一个1873年成立的德国车企,在1969年被大众收购,在之后又和一家叫做“汽车联盟”的车企进行合并重组,最后就诞生了一个大家很熟悉的汽车品牌——奥迪。所以,只要用大脚趾头都可以想清楚的一件事就是如果“转子发动机”真的能打,那么我们现在看到的奥迪车早就应该普遍使用转子发动机了吧?

而事实是——在2010年奥迪还的确是想复活转子发动机,推出了一个叫做“E-REV”的电车方案

利用转子发动机在合适的时候给电池充电,作为电车的增程方案存在。又是十几年过去了,这个东西依然没有落地。

其实,前面说的Omega One引擎也是如此,本身“高科技”,看起来让人眼前一亮,但现在W君直接预测——它并不能走得比“转子发动机”更远。

原因恐怕就在于活塞式发动机才是内燃机的最优解。

这里很多人要问为什么了,答案似乎很反直觉——虽然往复活塞式发动机在燃烧效率和转换效率上并不占优势,而且燃烧室之外庞大复杂的机构也让活塞式发动机显得庞大笨重,但是这些额外的东西都是必须存在的。

实际上,由于Omega One引擎的圆盘结构,燃烧往往仅在圆盘的一段位置上进行,而热量的发散则会导致圆盘结构本身的热并不均匀,简单的热胀冷缩知道吧?这会让圆盘结构在工作的过程中产生质量偏移的情况,导致这台发动机在工作的时候会有更加明显的震动。同时,这种不可控和不可计算的热致变形也让Omega One引擎的气密和配合出现偏差。如果要对这些弊端进行修正其实所需要花费的外围设计就要远比发动燃烧室环结构要复杂得多了。

相对应地往复式活塞引擎似乎也很难稳定质心对吧?但可以依靠多个活塞气缸加上曲轴的设计让转动更加平稳:

如果这还不行,甚至可以制作星形引擎让发动机的活塞垂直于轴线运动:

所以W君说活塞式发动机就是当前内燃机体系的最优解——不是因为它完美,而是因为它所有的“缺点”都已经可以被工程体系所吸收。

那些你以为的“冗余结构”,比如飞轮、曲轴、连杆、缸体强化、气门调控,这些其实都是为了解决两个根本问题:燃烧的控制性 和 能量输出的稳定性。这些结构虽然看起来繁复,但它们稳定、易冷却、易修复、可批量生产、性能一致性高——这才是工业的核心。

当然了,这是点科技树的问题。

一个技术被发明出来,例如汽车:

奔驰1号安装了一台0.9升的单缸引擎。

实际上它的结构就更符合我们印象中的往复活塞式发动机的经典结构,

这个引擎和我们现在常见的汽车引擎有很多不一样的地方,在下部有一个巨大的飞轮,依靠惯性维持发动机活塞的旋转,通过在气缸周围铺满纤维棉花加热汽油,依靠汽油的蒸汽混合空气进入汽缸内爆燃可以取得最大500瓦(2/3马力)的输出功率。

我们很熟悉的化油器、增压涡轮、连杆瓦、曲轴瓦、阻水圈、机油泵、曲轴等等部件在这台发动机上都没有任何踪影。甚至正时盘、油门也不存在。

讲真,军迷们会不会被“高科技”所迷惑?聊聊科技树

这些东西是如何一点点被加进去的呢?主要是为了修复这种“经典的发动机”在使用中的各种弊端。就是一点点一点点的改进。每次改进,科技树就倾斜一点,到了一个半世纪之后,再看现在的引擎是不是已经和之前的原型设计有了巨大的区别?

经典汽车发动机的设计要素在最新的汽车发动机上上存在,但只是现代汽车发动机上一个很小的部分,功能的实现方式也有了翻天覆地的变化。

这一切就源于在当时的技术条件下在当时的材料选择上不断被“点歪”的科技树发展上。如果当时有燃油喷射系统,第一台发动机是不会在气缸外裹着浸满汽油的毛毡的;如果当时有正时皮带,第一台发动机也不会依靠一个不断打火的火花塞来引火。

这就是今天的主题“世界是依靠’传统’来推进的还是依靠’创新’来推进的?”一个“创新”是很难推动世界发展的,只有在这个“创新”上不断的修修改改,用现有的技术不断弥补“创新”中的各种不足,才能真正的有改变世界的能力。真正改变世界之后,回头再看这些“创新”就已经是几十年前的事情了,所谓的“创新”也就早成了“传统”。

其实这是一个相当简单且朴实无华的道理。但不知道怎么的,到了军迷圈子里就成了一个被忽略掉的部分。

例如斜爆震发动机,本质上我们仅仅在实验室环境中构建了一台推力只有40公斤的概念模型,验证了这台发动机可以烧煤油。就成了我们有“16马赫”飞行速度的战斗机了。

这事情就有点非理性了。

这样理解,一个发动机有可能能在16倍音速的飞行环境中工作,这只是发动机可能达到的性能。但是要知道,目前还没有任何一种材料可以经受住这么高速度下的气动加热。

马赫2.7以上持续飞行,飞机主体结构的温度可以达到380度。这是可以让铝镁合金散架的温度,为此“米格”-25采用了更耐高温的不锈钢制造,SR-71也是全身使用了钛合金

飞行速度达到了马赫16,在临近空间的声速大约为280米/秒,大气密度不足地面上的0.01%,但即便是这种环境下,马赫16的高速也可以轻而易举的让飞行器表面达到3000K ~ 4000K的温度,也就是3000~4000度。(当然了,你可以去减273.15换算成“更精准”的摄氏度)。已知的人类材料中只有少数几百种可以在这个温度下不被汽化,在这不被汽化的几百种材料中仅有几种可以隔绝热量,让外部的气动热不影响内部结构。

再加上几种高热量下蒸发吸热的材料

实际上可选做“16马赫战斗机”的材料几乎为0。

举个例子:2024年一架X-43A被B-52携带至高空,进行验证飞行。

一提到X-43A很多军迷都会想到是这张图:

没有错误的!这的确是X-43A的本体,但很多军迷会忽略掉一个很重要的信息——“尺寸”。

这是X-43A挂在B-52上的样子:

“黑飞机”变成“白飞机”了?你得有大家来找茬儿的眼力才能注意到图片中的X-43A

X-43A长度只有3.7米,翼展只有1.5米,高度只有0.6米,什么概念?其长度和去年新出的奇瑞QQ相比要短2厘米,高度仅仅为奇瑞QQ的一半,宽度基本相当。

军迷们很喜欢的PL-15的长度为3.9米,这架“超高音速飞行器”装不下一枚PL-15。

那么飞行成绩如何呢?

2004年11月16日X-43A在飞马座火箭助推器在 40000 英尺高空与 B-52 运载器分离,其固体火箭在 110000 英尺高空将整体速度提升至 马赫 10 。X-43A 以 马赫 9.8的速度分离,发动机以 马赫 9.65 的速度启动,持续 10-12 秒,推力约等于阻力,14 分钟后滑翔坠入太平洋。

在这段飞行时间内消耗了1.2吨燃料,并且造成了X-43A失去了回收价值。一次性飞行而已。

但我们推算一下,一架歼-20吨燃油量大约是15吨,以这架高超音速飞行器的油耗来说,可以推动其飞行不足两分半

实际上无论中国、美国的高超音速飞行器都在起步阶段,目前连奔驰1号的发动机水平都没到。毕竟奔驰1号属于量产车。现在的高超音速飞行器都还是试验产品。

这些东西还要继续加“外围”,以保证其可以长时间稳定的运行。加来加去你以为的高超音速飞行器是这样的:

说不定到最后就变成了这样的:

但从丑小鸭到白天鹅的过程,往往需要上百年的时间尺度。所谓的遥遥领先,弯道超车是完全不存在的。历史的客观规律证明了不可能依靠一小撮人的灵光一闪而真正的改变世界。

工程技术的发展并不以“想法的新奇程度”为进化轴心,而是以“体系的可修复性与可积累性”为判断标准。创新不是不要,但要落到传统所构筑的地基上,否则就是空中楼阁。

如果你看明白这篇文章,其实你就会对很多“新东西”有“免疫力”,严格意义上说即便是天才的设计也难以对抗任何一个领域积累了几十年的经验积累,一个是战胜不了几万几十万人的。

有了所谓的“遥遥领先”,你得知道“革命尚未成功 同志仍需努力”。

但话说回来,事情总得一步一步做。