30年历程新材料问世 喷气引擎空前大飞跃(图)

通用电气科学家持之以恒 终于发明梦幻超级材料


Krishan Luthra
卢瑟拉(网络图片)

【看中国2015年05月17日讯】(看中国记者华德编译)据美联社5月14日消息,通用电气公司科学家卢瑟拉(Krishan Luthra)在希望渺茫中历经30多年的不懈努力,终于发明了几乎前所未闻的新式陶瓷材料。

这种材料质量轻、强度高、耐极温,正用于制造喷气引擎的内部结构,通过减轻重量并加大燃烧温度,在未来数十年可望节省数十亿加仑的燃油。

鉴于航空公司希望节省能耗费用,通用电气得宜于新材料,迄今已获得价值千亿美元的8,000台引擎订单,将来则有计画用于发电厂和其它设备。

新材料属于陶瓷类,能抗耐高温,如同从古到今人们制造的瓷器。然而这种陶瓷是一种复合材料,非常之轻却硬如金属。显然没人愿意载客飞机的引擎在万米高空如花瓶般的脆弱不堪。

卢瑟拉已将大部分职业生涯用于开发这种“梦幻材料”。成功之路荆棘曲折,由于研究经费以及试验失败,几经波折动摇了卢瑟拉的希望。他承认:“有几个时期我不能确定是否能成功,但我想我太固执了,我认为这是正确的途径”。

通用电气是保留大型工业实验室的为数极少的公司之一,拥有数千位科学家从事基础研究以及渺茫无期的项目,而有时就能导致类似卢瑟拉的发明。

美国能源部资助了早期资金,希望新材料可用于发电厂;国家太空总署需要将其用于超音速飞机;美国军方当然指望用于新式喷气战机。上述计画没有一项完全成功,但却帮助推進了这项研究,足以使通用电气航空部门拨款从事更多研究开发,并最终使之商业化。

目前用于制造喷气引擎最热部件的“超级合金”金属偏重,其密度相当于铅的70%,而且若再提高燃烧温度必将导致合金熔化。当今的引擎借助于精心设计的冷却结构将进气道的部分空气用于降温,而陶瓷基复合材料能承受的温度比这些金属高20%,重量则只有三分之一。

陶瓷复合材料的理论构架早就为人熟知,但卢瑟拉要将理论成为现实,并应用于实际。

早在1994年,卢瑟拉就将目标对准其认为的陶瓷基的基本化学和结构,即形成格栅的涂陶纤维,但经过多年探索才发现完美材料及最佳方法使之聚之成形。

卢瑟拉想出了对单个纤维涂以陶瓷的方法,称为“化学气雾沉淀反应堆”,但没有商家制造这类设备,因此通用电气自己建造了三台。

纤维随后浸入一种聚合物中从而成为格状结构,再类似陶瓷经过烘烤,聚合物烧光后就留下强而轻的格栅,最后充填液态硅以形成固体结构。

通用电气以此新材料设计的引擎名为“跳跃”,由合资企业CFM国际公司生产,配置于正在开发的空客320neo和波音737MAX。竞争对手普惠公司则采用首创的齿轮系统新式引擎以达到同样的省油效果,但目前看来客户趋向于结构简单、轻巧的“跳跃”。“跳跃”已赢得同级客机75%的市场,首次试飞拟定于数周后开始。

通用电气航空部门“跳跃”项目经理(Gareth Richards)理查兹总结说:“这种复合材料正在使我们做我们从未能做的事情”。

通用电气估计,至2020年有更多部件以此复合材料制作,引擎推力可望增加25%,而油耗能改進10%。对于每提高一个百分点就被视为巨大進步的技术而言,10%无疑是额外收获。几乎可以肯定,未来这种复合材料将用于火力发电厂,或许也將用于核反应堆。

卢瑟拉并不认为其工作已到止境,他希望能改進复合材料以继续提高引擎燃油的燃烧温度,并说服通用电气的更多部门使用这种新材料。


欢迎给您喜欢的作者捐助。您的爱心鼓励就是对我们媒体的耕耘。 打赏

看完这篇文章您觉得

评论


看中国版权所有 Copyright © 2001 - Kanzhongguo.com All Rights Reserved.