據英國《飛行國際》網站2012年5月8日報道]正當其競爭對手(GE公司)準備在民用發動機上大規模應用陶瓷基復合材料(CMC)的時候,普·惠公司卻對這種高溫材料用于航空發動機的成熟度提出懷疑。
普·惠公司運營和工程高級副總裁PaulAdams說:“我對CMC短期或中期內能否得到收益保持懷疑態度,現在看不到大規模應用CMC的途徑。”
普·惠公司與通用電氣(GE)高度看好這種新材料的態度是完全對立的。將于2016年投入使用的CFM國際公司Leap-1發動機的前景有賴于通用電氣公司設計的CMC材料。CMC將制成第二級高壓渦輪動葉的外部靜子環,會作為阻止渦輪葉尖熱排氣泄露的封嚴裝置。通用電氣公司同時也在研究CMC在同一渦輪級動葉上替代高性能金屬的技術,但是何時能完全替代還是未知數。
通用電氣公司Leap發動機技術戰略總經理DaleCarlson說:“我們正在全力以赴研究CMC。”
研制理念的分歧增加了普·惠公司齒輪傳動風扇發動機和通用電氣公司Leap發動機的技術差異,這兩種發動機將會用在數以千計的窄體客機上,包括空客A320neo、波音737MAX、龐巴迪C系列、中國商飛C919、伊爾庫特MS-21和三菱支線客機。
兩種發動機最大的不同是普·惠公司采用了減速齒輪。但是普·惠公司和通用電氣公司在如何解決熱管理問題上也存在分歧。提高發動機的燃油效率意味著需要更高的壓升,這將使核心機內的溫度上升數百攝氏度,這會超過目前所有合金的熔點。
這意味著為了承受更高的溫度,發動機不得不采用更為先進的冷卻系統或者更耐高溫的材料。
通用電氣公司的發動機設計中同時采用了上述兩種方法,但是更側重于后者。CMC是由碳化硅纖維和陶瓷基體組成的,其密度只有金屬材料的三分之一,但耐溫能力達到1480°C(2,700°F),比傳統金屬提高200°C到240°C。
普·惠公司的齒輪傳動渦扇發動機并沒有采用新型材料,但使用了全新的“超冷”系統來保持發動機金屬渦輪葉片的工作溫度低于其熔點溫度。
普·惠公司的Adam說:“空氣冷卻仍然是提高渦輪進口溫度的最佳途徑。”
Adam承認在缺少先進材料的情況下,提高核心機溫度最終會使冷卻系統變得更加復雜。這就要求必須對冷卻劑本身進行冷卻,而不是簡單的將空氣直接引入渦輪內部。這意味著所引氣體要首先引至核心機外并通過換熱器,然后重返核心機內部對渦輪高溫部分進行冷卻。
對于通用電氣公司來說,上述方法風險顯然太高。
Carlson說:“對于像Leap這樣的民用發動機,當擁有更好材料的時候,我們不需要使用主動冷卻這樣的技術給發動機增加額外的復雜度。”
但是CMC能否用在核心機中,哪怕不是在其最惡劣的環境下應用仍然存在爭論。CMC由美國航空航天局(NASA)和軍方于20世紀80年代中期開始研制,并最終應用在通用電氣公司已經被取消的F136發動機第三級低壓渦輪導向器葉片上。
但是由于制造成本高和對材料在使用中可靠性的疑慮導致CMC應用到民用發動機領域的步履緩慢。普·惠公司Adams估計CMC的制造成本要比傳統材料高出10—100倍,但通用電氣公司可能由于缺少像普·惠公司這樣先進的冷卻技術,而不得不使用CMC材料。
Carlson則回應說通用電氣已經解決了這些阻止普·惠公司將CMC材料立即投入使用所碰到的問題。
他表示:“普·惠公司無法得到我們是如何設計和制造CMC零件的商業秘密和專利信息,這確實是一個獨一無二的過程,我們已經掌握了這一方法。”
作為長期目標,普·惠公司認為CMC具備使齒輪傳動渦扇發動機燃油效率進一步提高的潛力。實際上,公司對其長期目標的解釋就是“解決CMC的成本和可靠性問題”。
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