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GE用于热端部件的陶瓷基复合材料已准备好用于飞行环境
http://cn.newmaker.com 11/15/2013 10:49:00 AM  佳工机电网
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据美国高性能复合材料(High-Performance Composites)杂志2013年11月1日报道,通用电气(GE)全球研究中心(纽约,尼什卡纳)和GE航空位于特拉华州的生产设施,发展陶瓷基复合材料(CMC)技术和生产CMC已有超过20年的历史(包括材料和制造中使用的机械)。在2010年,公司测试了F414发动机的CMC涡轮叶片,也在F136发动机热端部件中使用了CMC。已有超过100万小时的测试记录,其中包括超过15000小时用于发电用地面燃气轮机的测试。该公司认为,CMC材料已准备好用于飞行环境。

为了追求更高的燃油效率,发动机制造商正在寻找降低发动机热端部件重量的方法。碳化硅(SiC)CMC可以承受高于2400°F/1316°C的温度。这一特性和其轻质(三分之一镍合金重量)的特点吸引了发动机制造商。此外,CMC组件有更大的耐用性和耐热性,因此,比目前燃气涡轮机和喷气发动机的主导材料—镍基超级合金需要的冷却空气更少。

“去除冷却空气使得喷气发动机在更高的推力和/或更有效率的运行,”GE航空宣称,“将CMC的独特属性合并到涡轮发动机上,增加了发动机耐久性,减少了需要的冷却空气。可以改善燃烧室效率和减少燃油消耗。”

目前的高效喷气发动机排放热废气—热度足以超过传统材料的限制,如钛和超合金。通用电气称,在喷气发动机推进器的历史里,涡轮发动机材料的温度能力进步平均速率为每十年增加50°F /10°C,然而,随着CMC的引入,通用电气认为仅在这十年,它就将材料温度提高了150°F /66°C。

日前, LEAP项目研发的喷气发动机的CMC高压涡轮机匣(一个环绕高压涡轮二级移动叶片的固定环),经历了超过20000小时的测试。这是第一个采用CMC的商用发动机。LEAP发动机是由CFM国际公司研发的。CFM国际是通用电气和斯奈克玛公司(赛峰集团的一个子公司,法国,里库尔库洛纳)的合资企业。预计在2016年首飞。

据报道,CMC的使用使得通用电气公司减轻了数百磅的发动机重量,推力提高了10%。CMC机匣重约1公斤/2.2磅—相当于高温合金机匣重量的三分之一。根据设计,节重放大效应远远超过3:1,这是因为部件系统中的一切都是受影响。

在2012年6月,通用电气对两个版本的LEAP发动机的设计进行了冻结。用于空客(法国图卢兹)A320neo的LEAP-1A于2013年9月开始地面测试,有望于2016年投入使用。

通用电气也正在研究除LEAP发动机之外,CMC的多种应用,其中包括为波音F/A-18E/F超级大黄蜂和印度斯坦航空有限公司(HAL,印度,班加罗尔)光辉轻型战斗机提供动力的F414发动机的CMC涡轮叶片的升级。在2016-2018年的时间框架内,GE预计每天模制800个CMC组件来满足当前对CMC的需求。

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