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百年创新路 GE航空始终如一专注打造优秀航空技术

 2019-10-22 来源:民航资源网  [投稿排行榜]
2019-10-22 22:51:14

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      民航资源网2019年10月22日消息:从其航空项目于1919年诞生,到今年为止,GE航空正好走过100年的历史。在这漫长的100年里,GE航空在技术创新方面屡次创下各种“第一”的记录。创新,已经融入GE航空的企业灵魂,并将继续保持下去。

      渊源:GE进入航空领域

      GE航空一百周年的传奇离不开Sanford Moss博士,他于1903年加入GE燃气轮机部(那时GE还没有航空业务部),研究离心式压缩机。无论是燃气轮机还是航空发动机,如果没有涡轮增压器,其推力很难得到提升。

      1917年,NASA的前身——美国国家航空咨询委员会找到GE,希望GE能为Liberty发动机研发一款涡轮增压器装置,使得发动机能够在高原的环境下推力不减。如果没有涡轮增压器,Liberty发动机推力只能达到230马力,无法助力飞机在高空飞行且提升速度。GE在涡轮增压以及材料方面有很多独到的技术,Moss先生接受这个任务后带领一个团队开始研发涡轮增压器。

      首先是到海拔比较高的地方进行地面实验。1918年,Stanford Moss团队在一万四千英尺的Pikes Peak山顶进行实验,实验结果证明发动机加装涡轮增压器之后确实可以保持与海平面相当的功率。1919年7月12日,装有GE涡轮增压器的Liberty发动机在一架法国飞机上进行首飞,到达了一万六千英尺的高度,并在几个月后达到三万英尺的高度,成功地验证了发动机在高空的能力,同时推力没有衰减,这也标志着GE正式进入航空领域。

      这是1919年的7月12日,这也是今年是GE进入航空领域100周年的历史来源。

      贡献:GE航空研发美国第一台喷气式发动机

      GE航空创造了很多的“第一”,包括研发了美国第一台喷气式发动机。在第二次世界大战期间,德国已经研发了第一台装有喷气发动机的战斗机,但还在实验阶段,没有正式投入战争。真正投入使用的,是1941年5月由英国Frank Whittle研发的涡轮喷气发动机。

      美国空军参谋长在英国观摩喷气式发动机后,认为美国非常有必要研发带有喷气式发动机的战斗机,这样才能够在战斗中取得优势。由于GE在涡轮增压器以及压缩方面有很多独到的技术,美国空军选择了委托GE研发喷气式发动机,并建议GE跟英国的Frank Whittle先生合作——因为英国和美国属于战略合作伙伴。GE的Donald Warner先生负责领导研发团队,由于这在当时是一个绝密的计划,这个工作团队还获得了“The Hush-Hush Boys”的别称。他们借鉴了Frank Whittle设计的英国发动机,对发动机涡轮、材料、叶片进行改进,而且加装了自动控制系统,使得Whittle设计的发动机的功能、推力、耐久性以及可靠性得到进一步加强。

      1942年4月18日的地面实验非常成功,之后在1942年10月1日,GE把两台喷气式发动机装在贝尔飞机公司制造的XP-59A飞机上,进行了非常成功的首飞。由于这在当时属于绝密计划,所以飞机停在地面的时候,还在飞机前口装上涡轮螺旋桨,且飞行员在飞行时还戴着大猩猩面具。因此,有一次美国陆军的人员看到一架飞机没有螺旋桨,由一个“大猩猩”驾驶在低空高速飞过去,感到非常惊讶。至此,美国第一台喷气发动机诞生。

      传奇:纽曼带领GE航空发明超两倍音速发动机

      谈起GE航空100年历史,绕不开一位叫做Gerhard Neumann(纽曼)的GE传奇人物。他是一个德国犹太人,1917年出生于德国法兰克福。德国要求学习工程技术的人员,必须做2-3年的学徒、技工、钳工等等。纽曼先生16岁就开始做学徒,他的导师也是最权威的,对纽曼要求非常苛刻,正是因为这种严谨的精神使得纽曼在工程领域里有很好的钻研品行。

      大学毕业之后,纽曼前往香港。当时德国在香港销售飞机、发动机等产品,而纽曼主要负责这方面的维护。二战爆发后,英国对德宣战,纽曼作为德国人并且工作涉及飞机发动机领域,在香港被英国人逮捕了。当时他面临两种选择,一种方式是被遣回德国,一种是离开香港到别的地方继续工作。纽曼选择离开香港到昆明,并在昆明结识了美国空军中国顾问团的负责人陈纳德。陈纳德很赏识纽曼的航空发动机技术,便邀请他成为顾问团的一员。

      1941年,纽曼加入陈纳德组建的中国空军美国志愿者援华航空队,即非常知名的“飞虎队”,成为一名机械师。纽曼先生曾表示,虽然这个决定非常草率,但他从来没有后悔过。通过在飞虎队的多年工作,纽曼对P-40战斗机了如指掌,几乎没有能难倒他的问题;此外他的中文水平也进步迅速,可以完成所有的翻译工作。当时日本的零式战斗机也曾被飞虎队打下若干架,他把各个飞机部件拆下来组装成一个可以飞行的零式战斗机。1948年3月,他来到美国,经过几位专家推荐加入GE航空部门。

      40年代到50年代初,纽曼领导GE研发人员发明了可调静子叶片(VSV)。VSV可调节进入发动机的空气,避免喘振同时提高发动机效率。他参与研发的J79发动机也是第一款安装VSV的发动机,安装了该发动机的F104战斗机,在飞行测试中达到了两倍音速的速度,在当时的航空业几乎难以置信。

      纽曼在GE的突出贡献,不仅仅是作为技术专家、工程师,同时他也是GE航空卓有成就的领导人,在辛辛那提GE航空的总部,有一条以他的名字命名的“纽曼路”。

      创新:GE航空不断推出先进发动机产品

      GE航空在百年历史里有很多的技术创新和技术研发。GE90是第一台采用复合材料制作叶片的发动机,由碳纤维和环氧树脂制成,前沿包裹钛合金。复合材料最大优势是抗疲劳、抗腐蚀、重量轻,为了更好地抗击飞鸟和外来异物的冲击,其前缘部分特别加装了钛合金包边。

      GEnx是全世界第一款在风扇叶片及风扇单元体都采用复合材料的发动机,不仅重量减轻,油耗跟上一代的宽体机发动机,比如CF6,相比节省15%;在波音787上跟竞品相比,油耗节省2-2.5%,仅在这一项上就为航空公司节省更多的费用。GEnx已获得两千五百台订单,其中一千三百多台已经投入使用,主要安装在787和747-8上。第一台装有GEnx发动机的787在2013年进入南航,目前中国运营787的7家航空公司中,6家选用的都是GEnx发动机。比如南航最早的10架787-8,以及后续租的26架,共36架787选用GEnx;海航最早订了10架787-8,后来又增加了34架,也是选用GEnx;还有厦门航空6架787-8和8架787-9,选择GEnx;还有东航15架787-9和均瑶10架787-9也选用了GE的发动机。由此可见,GEnx是经过验证的非常成功的一款发动机。

      LEAP发动机:空客320neo采用LEAP-1A发动机,737MAX采用的是LEAP-1B发动机,C919采用的是LEAP-1C发动机——三款现代最先进的窄体机都采用LEAP发动机。LEAP在320neo上目前市场份额近60%,而在中国有近70%的市场份额。LEAP发动机采用了很多独到的技术,比如将陶瓷基复合材料(CMC)用在高压涡轮的部件上;采用了增材制造打印的燃油喷嘴;此外LEAP发动机的风扇叶片和机匣都采用复合材料。截至目前,LEAP发动机获得的确认订单已达一万八千多台,LEAP发动机也是有史以来产量增长速度最快的航空发动机。2016年生产110台,2017年达到550台,今年将交付近1800台,明年预计将达到2000台。CFM56发动机从第一台发动机生产到每年生产两千台花了30年的时间,而LEAP发动机达到这一数据只用了三年时间。同时,LEAP发动机在使用过程中也深受航空公司喜爱,目前LEAP-1A发动机在中国的空停率为0。

      GE9X是为波音777X飞机研发的,这也是目前尺寸最大的发动机,风扇直径约3.4米。GE9X最高的推力达到13万4千多磅,超过了此前GE90在实验时达到的12万7千多磅最大推力,创造了全球最大推力的民用发动机吉尼斯世界记录。GE9X也采用了很多新技术,例如因CMC材料在LEAP发动机上经过验证,所以开始大量应用在GE9X上,不仅燃烧室部件采用CMC材料,其高压涡轮静子叶片也首次采用CMC材料。GE9X将于今年底到明年早些时候完成实验取证,将交付给客户。

      结缘:GE航空深耕中国市场

      GE航空集团实际上是1980年进入中国的,主要以零配件采购为主。第一架由CFM56-3发动机提供动力的737最早交付给云南航空公司,标志着GE航空集团正式进入中国。到目前为止,GE航空在中国有60多家航空公司客户,五千八百台装机发动机,同时获得订单约四千台左右。据GE航空预测,到2025年中国的装机发动机将达到一万台。

      上海是GE航空在中国的总部,拥有全球机队支援中心,这是除辛辛那提之外GE航空在全球的第二个机队支援中心。两个全球支援中心分别承担每天12小时的实时监控任务,监控全球飞行的近三万六千台发动机,如果有任何警报会通知航空公司提前做好准备。

      GE航空与国航合资建立了四川国际航空发动机修理维修公司,对CFM56和 LEAP发动机进行维修。同时,GE航空和太古也合资成立了一个专门维修GE90发动机的维修公司。

      2019年GE航空的整体业务进展非常顺利,在巴黎航展上跟长龙航空及多彩贵州航空均签订了LEAP-1A发动机的包修协议。

      此外由CF34提供动力的ARJ21,正在不断地交付给成都航空和天骄航空,目前已经交付了15架。LEAP-1C作为C919的动力装置,CFM已经支持完成了4架飞机的试飞工作,今年预计共有6架C919进行飞行实验。

      此外,珠海摩天宇不久前建立起LEAP发动机的快修能力。未来除四川国际航空发动机修理维修公司,珠海摩天宇也会具备LEAP-1A和-1B的大修能力。

      GE航空为中国民航以及中国航空工业提供了众多人才培养项目。过去十几年来,GE航空为各航空公司及中航工业的一万多名人员提供绿带六西格玛的培训,帮助他们进一步改进流程。GE航空与广汉飞行学院也有合作,建立了航空发动机维修培训中心。23年来,GE航空为东南亚以及中国航空公司培养了一万四千名航线维护工程师。此外,GE航空跟东航的高管培训项目,已进行了17年,今年是第18年,有一千名东航中高管参与了GE管理培训。

      GE航空持续为民航局提供适航审定高管培训,截至目前共培训了三百多人。GE航空与中国商飞和昂际航电建立了一个全球民用航空人才培养计划,现在已经完成两期,今年预计会有第三期毕业,共培养了28名学员。近期GE航空与中国商飞达成共识,将会继续进行第四期全球工程技术人员的培训项目。

      GE航空集团在中国拥有一支180余人的强大工程团队,具备发动机全生命周期的工程支持服务能力。团队成立十几年来为国产民机项目发展、航空制造业能力升级和航空公司高效安全运行提供了全面技术支持。

      未来: GE航空将续写下一个百年辉煌

      光荣属于过去,在迎来下一个百年之际,GE航空已做好充分准备,将要续写下一个百年辉煌。

      GE航空集团首席市场营销官Bill Brown表示,GE在研发技术时总是围绕一个明确的目标,而不是为技术而技术。他指出,GE航空在未来将会围绕三大领域进行技术研发:先进的空气动力学、材料技术和发动机的架构。

      Brown还称,虽然预计短期内不会投入商用,但GE航空已着手研发燃料电池和全电动技术;GE航空在材料领域也有广泛深入的研究,包括陶瓷基复合材料的应用;GE航空对空气动力学的研究也在继续,持续的空气动力学可以改进产品性能,将其提升到新的水平。

      GE全球副总裁兼GE航空集团大中华区总裁向伟明表示,技术变革通常每十年、十五年将迎来一个跨越式的进步,也许十五年之后技术又将全新的阶段。随着时间不断地演变,相信GE航空将会继续在技术领域保持领先地位。

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