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，公司对其长期目标的解释就是“解决CMC的成本和可靠性问题”。（作者单位系中国航空工业发展研究中心）

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