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GE正在研发高超声速发动机技术
关键词:      时间:2019-07-05

据GE网站2019年7月3日报道,按照2018年收入统计,GE航空业务资本已达300亿美元,既生产军用超声速飞机发动机,又生产动力最强、最大的民用喷气发动机。根据公司数据统计,全世界每隔两秒就有一架搭载GE产品的飞机起飞,这就意味着在任何时刻,都有2200多架这样的飞机在空中飞行。


GE航空却从未止步不前。目前,GE航空正研发新一代民用超声速飞机发动机,而且还考虑打造高超声速飞机发动机,高超声速飞机时速将超过5633km/h或马赫数5,相当于目前典型民用飞机时速的7倍,届时乘客从纽约飞到悉尼还不到3个小时。


这种高超声速飞机何时能实现呢?GE研究先进技术负责人Narendra Joshi答道:“真正实现高超声速旅行,还需要几十年。但正是因为GE拥有陶瓷基复合材料及其它系列先进技术,让我们相信,实现高超声速旅行技术上不是问题,只是时间问题。”


GE Reports网对Joshi进行了专访,以下为访谈内容节选。


GE Reports:给我们讲一讲您的工作。

Narendra Joshi(NJ):我的工作就是构想未来百年的样子,然后想法实现。目前,我带着GE研究实验室跨学科研究团队,一起研发必要的关键技术,凭借这些技术未来我们不但能坐上安全、可靠的超声速客机,某一天还能体验高超声速飞行。

GE Reports:介绍几种这类技术。

NJ:航空业迎来真正的高超声速时代需要5种关键技术:高温材料、热管理技术、发动机设计、先进飞行器控制,以及排放控制技术。

GE Reports:先从材料说起吧。

NJ:对喷气发动机制造商而言,我们一直在想方设法解决高温材料问题,几十年来,我们不断研究发动机内部能够承受火山一样高温的材料。以陶瓷基复合材料(CMCs)为例,已有喷气发动机内部安装了这类材料零件,例如CFM的LEAP发动机,这类零件的重量是金属零件的三分之一,但是耐用性相同。陶瓷基复合材料比最先进的高温合金材料耐热程度还高,而且高出几百度。换算成效率而言,采用陶瓷基复合材料的新发动机在效率上能提高1.5%,相当于为航空公司节省了数十亿美元的燃油成本。

但是关于高超声速飞行,对于材料的挑战就不仅限于发动机内部,还有飞机的外部。如果飞行速度达到马赫数5,飞机周围的气流温度会高达1500多华氏度(约816摄氏度),机身外壳会变得通红。但我们相信继续推进类似陶瓷基复合材料这类新材料的研究有助于解决这类问题。

GE Reports:如何应对这样的高温呢?

NJ:如今的喷气发动机,通过多种手段相结合的办法应对高温高热等严酷工作条件,选用更耐高温的材料,改进冷却系统,为零件穿上热障涂层的外衣,通过上述手段相结合来管控热量。我们GE研究室利用这几方面的专长,结合在3D打印设计方面的经验,设计出了全新的发动机和热管理构型,能同时兼顾高超声速发动机内和飞机外的高温环境。

GE Reports:高超声速发动机长什么样?

NJ:一定与喷气发动机不同。近五年来,GE一直研究一种新的燃烧室技术,叫做旋转爆震燃烧室(RDC),常规喷气发动机与旋转爆震燃烧室组合就是少数几种正在研究之中、有望解决高超声速推力问题的途径之一。

GE Reports:好吧,所以我们必须为新飞机和发动机降温。还有哪些变化?

NJ:我甚至无法想象驾驶高超声速飞机会是什么样。当然,还需要改进飞机的作动和控制系统来保障飞行安全。找到兼顾满足低速起飞和高速巡航的东西。对于这点挑战,我们正在探索合成射流和冷等离子体等新应用。

GE Reports:对环境有何影响?

NJ:在研究减排降噪技术方面,GE研究人员已经积累了几十年经验,我们的飞机发动机也越来越安静环保。我们与美国航空航天局(NASA)和联邦航空管理局(FAA)联合开展项目,解决高超声速飞行挑战。在计算流体动力学、声学和燃烧室等方面也有深入研究,来应对高超声速飞行挑战。


我们难以预测百年后的世界会变得有多么不同,但有一点我敢确定,高超声速飞行会同现在的飞机一样普遍,唯一的不同在于飞行不仅限于地球大气层,我们一定会飞得更远。