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陶瓷基必赢棋牌ios技术是GE的核心喷气推进策略

更新于:2019-04-30   来源:JEC   点击:931次

GE航空集团庆祝成立100周年,并解释陶瓷基质复合技术如何成为21世纪喷气推进战略的核心。

陶瓷基必赢棋牌ios技术是GE的核心喷气推进策略

2001年,国防分析研究所的科学家评估了航空用陶瓷基必赢棋牌ios(CMC)工业化所面临的巨大挑战。他们明确地总结道:“未来可能会有更多的猪飞过陶瓷。”

今天,通用电气航空公司的CMC技术领导者以及公司的全球研究中心都会举报该报告并微笑。数百名GE技术人员二十年的共同努力,包括超过15亿美元的投资,已经取得了多大的成功。CMC代表了GE航空公司在其悠久历史中最积极的技术努力之一。收益是变革性的。

由CMC制造的GE涡轮机护罩现在在最畅销的LEAP涡轮风扇的最热部分运行,由CFM International(GE和Safran飞机发动机的50/50联合公司)生产,为数百个单通道商用喷气客机提供动力。 。

CMC组件有利于GE的军事设计,包括实现有史以来最高喷气发动机温度的演示引擎。此外,GE还成功测试了CMC旋转部件。

随着2018年GE航空公司CMC在阿拉巴马州亨茨维尔的盛大开业,该公司庆祝了另一个CMC的里程碑:为建立美国第一个完全整合的CMC供应链而进行了长达十年的努力,其中包括一个由四个相互关联的GE生产基地组成的网络。与此同时,GE位于北卡罗来纳州阿什维尔的新CMC组件装配厂已生产了40,000多台CMC涡轮机护罩。该工厂还为GE9X高推力发动机制造了五种不同的CMC热段组件。

CMC由碳化硅(SiC),陶瓷纤维和陶瓷树脂制成,通过复杂的工艺制造,并进一步增强了专有涂层。CMC是金属合金密度的三分之一,重量的三分之一。因为它们比金属合金更耐热,所以CMC需要较少的空气从喷气发动机的流动路径转向以冷却热部件。通过在流动路径中保持更多的空气而不是冷却部件,发动机在更高的推力下更有效地运行。总的来说,CMC可带来更好的燃油效率,更低的排放和更好的耐用性。

在喷气推进器的历史中,涡轮发动机材料温度能力的平均增加率每十年约为50华氏度。通过CMC,GE在十年内将喷气发动机温度提高了150华氏度。随着CMC进一步成为GE发动机的核心,他们预计将增加25%的发动机推力并将燃油消耗提高10%。

CMC的好处是诱人的,但是这种复杂的材料系统的工业化已经给私营行业带来了数十年的巨大挑战。难以制造,CMC也具有脆性。自20世纪70年代初以来,美国政府一直资助CMC研究,从那时起,GE的科学家就一直在努力研究这项技术。20世纪80年代,GE为大型地面燃气轮机推出了CMCs,并于1986年申请了第一个CMC专利。在25年内,该公司成功地在多个工业燃气轮机应用中运行了CMC涡轮机护罩。

到2000年代中期,GE的全球研究中心(GRC)将其CMC重心转移到喷气发动机上。GRC前能源和推进技术负责人Sanjay Correa以及后来GE航空公司CMC计划负责人回忆说:

“随着我们技术的进步,船舶对喷气发动机进行了转向。由于它们减轻了重量,因此CMC在飞行引擎方面具有更大的潜力。“

在同一时期,GE航空公司承诺在引擎中展示CMC并建立供应链。到2018年,该公司在俄亥俄州的Evendale建立了CMC站点(组件开发); 特拉华州纽瓦克(低利率生产); 北卡罗来纳州阿什维尔; (全速生产); 和阿拉巴马州亨茨维尔(原料)。GE和Safran与日本Nippon Carbon公司的合资企业,CMC原材料的领先生产商和创新者,在建立亨茨维尔工厂方面发挥了重要作用。

作为GE最新的CMC生产基地,亨茨维尔综合体由两个占地100英亩的工厂组成。其中一家生产SiC陶瓷纤维,这是美国首个大批量生产。在美国空军资助的支持下,该工厂提高了美国生产能够在华氏温度2,400华氏度的SiC陶瓷纤维的能力。相邻的工厂使用SiC陶瓷纤维制造单向CMC预浸料,这是一种预先用树脂体系浸渍的增强织物,是制造CMC组件所必需的。

亨茨维尔的业务去年开始提供原材料。与此同时,CMC对通用电气和CFM发动机的需求在十年内增长了二十倍。而这仅仅是个开始。亨茨维尔首个全年运营的六吨CMC原料可能在2028年增长十倍。


材料的不断进步可以追溯到莱特兄弟公司,第一架动力飞机由木材,钢材和帆布组成。

通过建立供应链,GE航空集团继续提高CMC生产率并提高车间生产率,这两个因素都是快速降低整体成本曲线的关键因素。通用电气在CMC生产,铸件和涂料方面的进步将有助于CMC在新发动机中的存在,以及用于商业和军事服务的大型GE和CFM喷气发动机基础的替换部件。

Evendale实验室的CMC负责人Jonathan Blank表示,数字分析正以同样的方式推动喷气推进效率,同样的技术正在改进GE的CMC生产流程。

“我们将使我们的学习制度化,进一步发展材料和工艺模型的稳健性,并将数字工具深入到我们的流程中,使分析成为这种垂直整合技术的生活方式。”

GE的CMC故事与历史航空叙事相似。材料的不断进步可以追溯到莱特兄弟公司,第一架动力飞机由木材,钢材和帆布组成。更快,更强大的飞机推动了金属合金的引入,如铝,钛和其他高温金属。

在喷气推进行业,GE在喷气发动机核心内引入了一些世界上最先进的金属合金,包括单晶合金。

工程副总裁Gary Mercer说:

“新材料的化学和加工都是提高热效率,燃料燃烧和排放的垫脚石”

20世纪90年代,当GE为GE90涡扇发动机引入碳纤维必赢棋牌ios风扇叶片时,飞机制造商更积极地寻求大型必赢棋牌ios结构,以减少飞机重量并提高耐用性。

通过CMC,GE的发展将超越喷气发动机,以支持更广泛的航空航天要求,包括太空旅行,其中操作环境可能是最极端的。这次旅程将“引导”GE航空公司成为世界级CMC供应商,为快速发展的航空环境进入二十一世纪。

默瑟说: 

“我们是CMC的第一代人。当你想到飞行的未来时,光和热是两个常数。随着超音速,高超音速和可重复使用的太空飞行器的重新出现,人们很容易看到CMC如何为未来的推进和机身增添价值。“


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