陶瓷基復合材料(CMC)在GE航空集團的技術路線圖上是一條關鍵路徑。GE航空集團近期在一臺燃燒室和渦輪內采用了GE9X CMC部件的GEnx驗證發動機上進行了測試,這種超輕耐熱材料的測試結果令人印象深刻。
在GE噴氣發動機的熱端部件上采用CMCs是一項噴氣推進產業的重大突破。此次驗證發動機測試是將為波音777X提供動力的GE9X發動機技術成熟項目的一部分。GEnx發動機在燃燒室和高壓渦輪(HPT)中采用了CMC部件。
“在美國俄亥俄州Peebles的GE試驗臺和意大利那不勒斯的Avio Aero試車臺上,GEnx驗證發動機共累計進行了2800次循環耐久性試驗,”GE航空集團GE90/GE9X發動機項目總經理比爾.密爾漢姆(Bill Millhaem)介紹說。“當試驗后把發動機拆下時,CMC部件幾乎和原來裝機時的狀態一樣,這進一步肯定了CMCs的獨特特性。”
CMC材料是在碳化硅基體上結合了碳化硅(SiC)陶瓷纖維,并通過專有涂層技術進行強化。20多年來,GE全球研發中心(GRC)和GE工業部門的科學家們一直致力于開發CMCs的商業應用。
這些超輕的CMC部件的密度只有金屬合金的三分之一,從而降低了發動機的整體重量,提高了燃油效率。CMC的耐高溫屬性大大提高了發動機的性能、耐久性和燃油經濟性。CMC材料比金屬合金更耐熱,因此發動機熱端部件只需要更少的冷卻空氣。節省下來的這部分空氣可在發動機氣路發揮作用,使其更高效地運轉。
GE正在將CMC材料應用于商用噴氣發動機。CFM國際公司**暢銷的LEAP發動機是業界*個在高壓渦輪部件上采用陶瓷基復合材料罩環的商用噴氣發動機。GE9X發動機將把陶瓷基復合材料的應用擴展到燃燒室內外襯套、高壓渦輪一級和二級導向器以及一級罩環上。
GEnx CMC驗證發動機還驗證了GE9X的非陶瓷基復合材料部件,包括由Avio Aero生產、采用了3D增材制造方法制造的新型超輕低壓渦輪鈦鋁合金(TiAl)葉片,以及采用了先進冷卻技術的新一代高壓渦輪一級葉片。新一代高壓渦輪葉片采用了GE研發中心發明的專有工藝,該工藝在GE航空集團在俄亥俄州Dayton的核心機及鑄造工廠實現了工業化。這項新穎的工藝采用了迄今為止*高效的冷卻循環系統,與之前的設計相比大幅提高了燃油效率。
GE航空集團將繼續對GE9X發動機進行CMC相關測試,并重新制造GEnx驗證發動機,并進行相同的燃燒室襯套、高壓渦輪一級罩環和二級噴嘴、低壓渦輪鈦鋁合金葉片和新一代高壓渦輪葉片,并增加高壓渦輪一級噴嘴的試驗。一臺在燃燒室和高壓渦輪采用了CMC部件的GE9X核心機將從下月開始測試。