今天，通用電氣航空公司的CMC技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者以及公司的全球研究中心都會(huì)舉報(bào)該報(bào)告并微笑。數(shù)百名GE技術(shù)人員二十年的共同努力，包括超過(guò)15億美元的投資，已經(jīng)取得了多大的成功。CMC代表了GE航空公司在其悠久歷史中最積極的技術(shù)努力之一。收益是變革性的。

    由CMC制造的GE渦輪機(jī)護(hù)罩現(xiàn)在在最暢銷(xiāo)的LEAP渦輪風(fēng)扇的最熱部分運(yùn)行，由CFM International（GE和Safran飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的50/50聯(lián)合公司）生產(chǎn)，為數(shù)百個(gè)單通道商用噴氣客機(jī)提供動(dòng)力。 。

    CMC組件有利于GE的軍事設(shè)計(jì)，包括實(shí)現(xiàn)有史以來(lái)最高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的演示引擎。此外，GE還成功測(cè)試了CMC旋轉(zhuǎn)部件。

    隨著2018年GE航空公司CMC在阿拉巴馬州亨茨維爾的盛大開(kāi)業(yè)，該公司慶祝了另一個(gè)CMC的里程碑：為建立美國(guó)第一個(gè)完全整合的CMC供應(yīng)鏈而進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)  十年的努力，其中包括一個(gè)由四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的GE生產(chǎn)基地組成的網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，GE位于北卡羅來(lái)納州阿什維爾的新CMC組件裝配廠已生產(chǎn)了40,000多臺(tái)CMC渦輪機(jī)護(hù)罩。該工廠還為GE9X高推力發(fā)動(dòng)機(jī)制造了五種不同的CMC熱段組件。

    CMC由碳化硅（SiC），陶瓷纖維和陶瓷樹(shù)脂制成，通過(guò)復(fù)雜的工藝制造，并進(jìn)一步增強(qiáng)了專(zhuān)有涂層。CMC是金屬合金密度的三分之一，重量的三分之一。因?yàn)樗鼈儽冉饘俸辖鸶蜔?，所以CMC需要較少的空氣從噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)路徑轉(zhuǎn)向以冷卻熱部件。通過(guò)在流動(dòng)路徑中保持更多的空氣而不是冷卻部件，發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的推力下更有效地運(yùn)行?？偟膩?lái)說(shuō)，CMC可帶來(lái)更好的燃油效率，更低的排放和更好的耐用性。

    在噴氣推進(jìn)器的歷史中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)材料溫度能力的平均增加率每十年約為50華氏度。通過(guò)CMC，GE在十年內(nèi)將噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)溫度提高了150華氏度。隨著CMC進(jìn)一步成為GE發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，他們預(yù)計(jì)將增加25％的發(fā)動(dòng)機(jī)推力并將燃油消耗提高10％。

    CMC的好處是誘人的，但是這種復(fù)雜的材料系統(tǒng)的工業(yè)化已經(jīng)給私營(yíng)行業(yè)帶來(lái)了數(shù)十年的巨大挑戰(zhàn)。難以制造，CMC也具有脆性。自20世紀(jì)70年代初以來(lái)，美國(guó)政府一直資助CMC研究，從那時(shí)起，GE的科學(xué)家就一直在努力研究這項(xiàng)技術(shù)。20世紀(jì)80年代，GE為大型地面燃?xì)廨啓C(jī)推出了CMCs，并于1986年申請(qǐng)了第一個(gè)CMC專(zhuān)利。在25年內(nèi)，該公司成功地在多個(gè)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用中運(yùn)行了CMC渦輪機(jī)護(hù)罩。

    到2000年代中期，GE的全球研究中心（GRC）將其CMC重心轉(zhuǎn)移到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上。GRC前能源和推進(jìn)技術(shù)負(fù)責(zé)人Sanjay Correa以及后來(lái)GE航空公司CMC計(jì)劃負(fù)責(zé)人回憶說(shuō)：

   “隨著我們技術(shù)的進(jìn)步，船舶對(duì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)向。由于它們減輕了重量，因此CMC在飛行引擎方面具有更大的潛力?！?

在同一時(shí)期，GE航空公司承諾在引擎中展示CMC并建立供應(yīng)鏈。到2018年，該公司在俄亥俄州的Evendale建立了CMC站點(diǎn)（組件開(kāi)發(fā)）; 特拉華州紐瓦克（低利率生產(chǎn)）; 北卡羅來(lái)納州阿什維爾; （全速生產(chǎn)）; 和阿拉巴馬州亨茨維爾（原料）。GE和Safran與日本Nippon Carbon公司的合資企業(yè)，CMC原材料的領(lǐng)先生產(chǎn)商和創(chuàng)新者，在建立亨茨維爾工廠方面發(fā)揮了重要作用。

    作為GE最新的CMC生產(chǎn)基地，亨茨維爾綜合體由兩個(gè)占地100英畝的工廠組成。其中一家生產(chǎn)SiC陶瓷纖維，這是美國(guó)首個(gè)大批量生產(chǎn)。在美國(guó)空軍資助的支持下，該工廠提高了美國(guó)生產(chǎn)能夠在華氏溫度2,400華氏度的SiC陶瓷纖維的能力。相鄰的工廠使用SiC陶瓷纖維制造單向CMC預(yù)浸料，這是一種預(yù)先用樹(shù)脂體系浸漬的增強(qiáng)織物，是制造CMC組件所必需的。

    亨茨維爾的業(yè)務(wù)去年開(kāi)始提供原材料。與此同時(shí)，CMC對(duì)通用電氣和CFM發(fā)動(dòng)機(jī)的需求在十年內(nèi)增長(zhǎng)了二十倍。而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。亨茨維爾首個(gè)全年運(yùn)營(yíng)的六噸CMC原料可能在2028年增長(zhǎng)十倍。

 

    通過(guò)建立供應(yīng)鏈，GE航空集團(tuán)繼續(xù)提高CMC生產(chǎn)率并提高車(chē)間生產(chǎn)率，這兩個(gè)因素都是快速降低整體成本曲線的關(guān)鍵因素。通用電氣在CMC生產(chǎn)，鑄件和涂料方面的進(jìn)步將有助于CMC在新發(fā)動(dòng)機(jī)中的存在，以及用于商業(yè)和軍事服務(wù)的大型GE和CFM噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)的替換部件。

    Evendale實(shí)驗(yàn)室的CMC負(fù)責(zé)人Jonathan Blank表示，數(shù)字分析正以同樣的方式推動(dòng)噴氣推進(jìn)效率，同樣的技術(shù)正在改進(jìn)GE的CMC生產(chǎn)流程。

   “我們將使我們的學(xué)習(xí)制度化，進(jìn)一步發(fā)展材料和工藝模型的穩(wěn)健性，并將數(shù)字工具深入到我們的流程中，使分析成為這種垂直整合技術(shù)的生活方式?！?

    GE的CMC故事與歷史航空敘事相似。材料的不斷進(jìn)步可以追溯到萊特兄弟公司，第一架動(dòng)力飛機(jī)由木材，鋼材和帆布組成。更快，更強(qiáng)大的飛機(jī)推動(dòng)了金屬合金的引入，如鋁，鈦和其他高溫金屬。

    在噴氣推進(jìn)行業(yè)，GE在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)核心內(nèi)引入了一些世界上最先進(jìn)的金屬合金，包括單晶合金。

    工程副總裁Gary Mercer說(shuō)：

   “新材料的化學(xué)和加工都是提高熱效率，燃料燃燒和排放的墊腳石”

    20世紀(jì)90年代，當(dāng)GE為GE90渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)引入碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片時(shí)，飛機(jī)制造商更積極地尋求大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，以減少飛機(jī)重量并提高耐用性。

    通過(guò)CMC，GE的發(fā)展將超越噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，以支持更廣泛的航空航天要求，包括太空旅行，其中操作環(huán)境可能是最極端的。這次旅程將“引導(dǎo)”GE航空公司成為      世界級(jí)CMC供應(yīng)商，為快速發(fā)展的航空環(huán)境進(jìn)入二十一世紀(jì)。

    默瑟說(shuō)： 

   “我們是CMC的第一代人。當(dāng)你想到飛行的未來(lái)時(shí)，光和熱是兩個(gè)常數(shù)。隨著超音速，高超音速和可重復(fù)使用的太空飛行器的重新出現(xiàn)，很容易看出CMC如何為未來(lái)的推進(jìn)和機(jī)身增加價(jià)值。“