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通用电气在民用发动机上应用复合材料遭质疑

日期:2019-3-11(原创文章,禁止转载)

通用电气在民用发动机上应用复合材料遭质疑

据英国《飞行国际》网站2012年5月8日报道]正当其竞争对手(GE公司)准备在民用发动机上大规模应用陶瓷基复合材料(CMC)的时候,普·惠公司却对这种高温材料用于航空发动机的成熟度提出怀疑。   普·惠公司运营和工程高级副总裁PaulAdams说:“我对CMC短期或中期内能否得到收益保持怀疑态度,现在看不到大规模应用CMC的途径。”   普·惠公司与通用电气(GE)高度看好这种新材料的态度是完全对立的。将于2016年投入使用的CFM国际公司Leap-1江苏治疗癫痫病医院发动机的前景有赖于通用电气公司设计的CMC材料。   CMC将制成第二级高压涡轮动叶的外部静子环,会作为阻止涡轮叶尖热排气泄露的封严装置。通用电气公司同时也在研究CMC在同一涡轮级动叶上替代高性能金属的技术,但是何时能完全替代还是未知数。   通用电气公司Leap发动机技术战略总经理DaleCarlson说:“我们正在全力以赴研究CMC。”   研制理念的分歧增加了普·惠公司齿轮传动风扇发动机和通用电气公司Leap发动机的技术差异,这两种发动机将会用在数以千计的窄体客机上,包括空客A320neo、波音737MAX、庞巴迪C系列、中国商飞C919、伊尔库特MS-21和三菱支线客机。   两种发动机最大的不同是普·惠公司采用了减速齿轮。但是普·惠公司和通用电气公司在如何解决热管理问题上也存在分歧。提高发动机的燃油效率意味着需要更高的压升,这将使核心机内的温度上升数百摄氏度,这会超过目前所有合金的熔点。   这意味着为了承受更高的温度,发动机不得不采用更为先进的冷却系统或者更耐高温的材料。   通用电气公司的发动机设计中同时采用了上述两种方法,但是更侧重于后者。CMC是由碳化硅纤维和陶瓷基体组成的,其密度只有金属材料的三分之一,但耐温能力达到1480°C(2,700°F),比传统金属提高200°C到240°C。   普·惠公司的齿轮传动涡扇发动机并没有采用新型材料,但使用了全新的“超冷”系统来保持发动机金属涡轮叶片的工作温度低于其熔点温度。   普·惠公司的Adam说:“空气冷却仍然是提高涡轮进口温度的最佳途径。”   Adam承认在缺少先进材料的情况下,提高核心机温度最终会使冷却系统变得更加复杂。这就要求必须对冷却剂本身进行冷却,而不是简单的将空气直接引入涡轮内部。这意味着所引气体要首先引至核心机外并通过换热器,然后重返核心机内部对涡轮高温部分进行冷却。   对于通用电气公司来说,上述方法风险显然太高。   Carlson说:“对于像Leap这样的民用发动机,当拥有更好材料的时候,我们不需要使用主动冷却这样的技术给发动机增加额外的复杂度。”   但是CMC能否用在核心机中,哪怕不是在其最恶劣的环境下应用仍然存在争论。CMC由美国航空航天局(NASA)和军方于20世纪80年代中期开始研制,并最终应用在通用电气公司已经被取消的F136发动机第三级低压涡轮导向器叶片上。   但是由于制造成本高和对材料在使用中可靠性的疑虑导致CMC应用到民用荆门癫痫病正规医院发动机领域的步履缓慢。普·惠公司Adams估计CMC的制造成本要比传统材料高出10—100倍,但通用电气公司可能由于缺少像普·惠公司这样先进的冷却技术,而不得不使用CMC材料。   Carlson则回应说通用电气已经解决了这些阻止普·惠公司将CMC材料立即投入使用所碰到的问题。   他表示:“普·惠公司无法得到我们是如何设计和制造CMC零件的商业秘密和专利信息,这确实是一个独一无二的过程,我们已经掌握了这一方法。”   作为长期目标,普·惠公司认为CMC具备使齿轮传动涡扇发动机燃油效率进一步提高的潜力。实际上,公司对其北京治疗癫痫的正规医院长期治疗癫痫病的重点医院目标的解释就是“解决CMC的成本和可靠性问题”。

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