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导读：GE航空工程师泰德-英格林（Ted Ingling）最初只是一名汽车修理工。而现在，他正在领导开发世界上最大的航空发动机。今天让我们来听听他的故事。 泰德-英格林（Ted Ingling）在美国密歇根州的一个小镇长大时，他的梦想是成为一名汽车修理工。但是幸亏他的美梦没有成真，整个世界才会变得更好。在过去的30年中，英格林一直在为喷气客机研发高效的大型高涵道比民用发动机，而不是为汽车更换刹车片和密封垫，这种大型航空发动机可以使飞机只需几个小时就从一个大陆飞到另外一个大陆，让大家的假期旅行变得更加舒适高效。 如今，英格林已经是GE9X发动机的项目经理，GE9X发动机是全世界最大的航空发动机，它将为波音公司下一代宽体客机777X提供动力。这个发动机的直径超过11英尺（约合3.35米），整个发动机与波音737客机的机体一样宽。英格林幽默的表示：“我从事的技术简直是世外桃源，我从来没有沉闷的时刻。” 今天让我们一起来听听英格林的故事： 记者：您是如何制造世界上最大的航空发动机的？ 英格林：在开始所有讨论之前，让我们来先看看GE9X发动机尺寸，站到它面前，你能明显感觉到它又大又新，虽然它在个头上确实有所增长，但更重要的是，它植根于第五代发动机体系结构。GE9X发动机是基于GE90发动机技术发展衍生而来的，而GE90发动机是我们为波音777客机开发，并于1990年推出的全新设计的民用航空发动机。不过即便这样，GE9X发动机跟GE90-115B发动机相比，其燃油效率仍然提升了10%，而燃油效率是航空发动机技术进步的重要标志。 记者：您是怎么做到的？ 英格林：发动机的尺寸无疑是获得卓越性能的一部分，我们正在追求所谓的涵道比（又称旁路比率）。它描述了有多少空气进入发动机核心机流动，以及驱动发动机前端大风扇所需的能量。 记者：让我们在这里停顿一下，您能否向读者解释下现代民用航空发动机的工作原理？ 英格林：几乎为所有客机提供动力的航空发动机都被称为高涵道比涡扇发动机。那是因为民用发动机绝大多数推力来自发动机前部的风扇。当飞机停在登机口时，您可以清楚的看到风扇的叶片。GE9X发动机的风扇直径超过11英尺（约合3.35米）。您还会从核心机上得到一些推力，核心机也会产生高速和高温的空气射流，但核心机的主要功能还是驱动风扇。 记者：与早期的喷气发动机相比，这种设计有何特点？ 英格林：最初的航空发动机都是使用核心机来产生全部推力。空气在发动机内部流动，在中间位置与燃油混合点燃，然后从后端排出。这类航空发动机通常噪声很大，而且也不是很省油。而现代民用航空发动机在核心机的前端加上了风扇，从而构造了一个涵道比高达10以上的商用发动机，从而保持人们习惯的飞机速度并提供出色的性能，这也是我们在GE9X发动机上实现的，该发动机的外涵空气流量就是核心机空气流量的10多倍。 英格林之前还是世界上推力最大的航空发动机GE90-115B（上）技术团队的一份子，而他现在正在带领一支团队努力制造更大的发动机。 记者：那么，将来我们会拥有个头越来越大的涡扇发动机吗？ 英格林：并不是这么简单，并不总是个头越大更好，因为这意味着您会增加重量到飞机上。另外，飞机也必须适应更大尺寸的发动机设计，您必须确保能够正常的起飞和降落。 记者：那您如何找到合适的尺寸？ 英格林：在这种情况下，通常是GE航空内部以及波音内部迭代过程的结果。他们正在建造一架飞机777X，其燃油经济性比现有的最佳飞机之一波音777-300ER客机好20%，并且在相同的航程下可以同时载送更多乘客。我们必须共同找出实现这一目标的最佳引擎，机翼和飞机组合。 节省的燃油约一半来自飞机的设计，例如，波音公司设计了带有折叠式翼尖的大型全复合材料机翼，极大地提高了阻力和升力。另一半则来自航空发动机。 记者：哪些技术可以使您实现这一目标？ 英格林：航空发动机风扇就是一个很好的例子。从GE90发动机开始，我们所有的大型民用航空发动机都具有由碳纤维复合材料制成的风扇叶片。复合材料不仅坚韧，而且比钛还轻得多。我们花了很多年才把它做好，付出了很多努力，但这种材料使我们可以将发动机的重量减轻数百公斤。 但是GE9X发动机上的复合材料风扇叶片与1990年的第一次制成的复材叶片有很大不同。例如，通过使用新的计算工具，我们就已经对叶片进行了大量优化，包括强度和几何形状，从而使得它的整体性能大幅提升。如何你再回头看下原来的GE90发动机风扇叶片，你会发现它的根部和叶尖都非常的笔直且轻微张开（呈喇叭状）。而现在，我们的叶片内置了倾斜和倾斜功能，使得它看起来完全不同。我们还在使用新技术，用钢而不是钛来加强叶片的前缘，从而提高了叶片的强度。结果，我们能够将风扇叶片数量从GE90发动机上的22个减少到GE9X发动机上的16个。尽管我们已经是第四代复合材料风扇叶片，但我们仍然世界上是唯一制造复合风扇叶片的航空发动机制造商。 记者：您正在GE9X发动机内使用3D打印的零件吗？ 英格林：是的，我们的发动机内部有6个3D打印组件：目前我们3D打印的尺寸相对比较少的组件，例如温度传感器、燃烧系统的一部分（我们称为混合器，该混合器用来对燃料和空气进行提前预混）、以及燃料喷嘴。较大尺寸的组件有，例如热交换器、可以防止空气中的灰尘和碎屑进入发动机核心机的颗粒分离器、以及一个低压涡轮叶片。 记者：GE9X发动机是第一台带有3D打印部件的GE航空发动机吗？ 英格林：不是的，GE90发动机才是第一个使用3D打印温度传感器的GE航空发动机。但是传感器是一个相对简单的部分。而GE9X发动机上的热交换器是一个复杂的组件，我们曾经用数十个狭窄的金属管嵌套在一起制成，而3D打印技术使热力工程师可以自由地提出最佳设计，而不必担心生产成本。 地面台架上的GE9X发动机 记者：您是否仅使用3D打印技术来制造零件？ 英格林：不会。它在设计阶段也能为我们提供帮助。例如，以传统方式设计航空发动机的燃烧系统可能要花费18个月的时间，而且您必须花钱在制作原型模具上。想象一下，学习新知识、改进设计、然后测试并进行迭代，光是制造模具可能就得花费数月的时间。坦率地说，我们发现3D打印技术非常强大，特别是在开发的早期阶段，在3D打印研制过程中，设计团队可以更快地迭代设计概念。 记者：GE9X发动机是否使用了GE90发动机技术以外的技术？ 英格林：是的，我们正在使用由轻质耐热材料制成的零件，称为陶瓷基复合材料。这种材料与我们用于风扇叶片的碳纤维复合材料完全不同。它是钢铁重量的三分之一，但也可以承受大多数金属超级合金变软的温度。我们花了30年的时间在GE全球研究中心和我们的公司实验室开发该技术，并在LEAP（由CFM 国际公司产品）发动机中首次采用了该技术，CFM 国际公司是GE航空公司（GE子公司）和赛峰飞机发动机公司（赛峰子公司）的各占50%股份的合资企业。LEAP发动机也是CFM国际公司历史上最畅销的发动机，累计订单超过2200亿美元。由于有了该项目，我们现在知道了如何从陶瓷基复合材料中批量生产发动机零件，并利用它的特性设计新零件。 记者：为什么材料这么重要？ 英格林：还记得我告诉过我们如何追求更大的涵道比以使我们的发动机变得更加高效吗？陶瓷基复合材料可以使我们能够通过减小发动机核心机的尺寸来做到这一点。 记者：而不是扩大风扇尺寸？ 英格林：是的，我们希望涵道比尽可能大，在外形尺寸不变的情况下，我们可以通过缩小核心机的物理尺寸，并仍然产生驱动风扇所需的功率来做到这一点。我们通过增加核心机的压比来做到这一点，这使得我们能够从更小的核心机中获得更多的能量。结果，我们获得了更大的涵道比，而不必承担使得风扇变大的阻力和重量。本质上，我们缩小了核心机，从而使得发动机内部尺寸更好，当然风扇也不必那么大了。 记者：这是一个绝妙的选择，但是核心机的这种小型化肯定涉及到克服一些极端的工程吧？ 英格林：是的，这就是陶瓷基复合材料被引入的原因，陶瓷基复合材料可以处理高达2400华氏度的温度，这允许我们进一步提高涡轮进口温度，然后我们可以将这种温度的升高转化为额外的性能提升。 GE9X发动机于2018年3月进行了首次飞行。 记者：它的压比有多大？ 英格林：GE90发动机中压气机的前端和后端之间的压力比约为40：1，基本上是大气压力的40倍。我们的下一代大型发动机GEnx可为许多波音787梦幻客机和波音747超大型喷气式客机的最新变型提供动力，其压力比为50：1。但是陶瓷基复合材料使我们能够在GE9X发动机内部可以达到60：1的压比。因此，即使GE9X发动机效率更高，但也不会比GE90系列发动机在外观尺寸上大得多。 记者：您一直对制造航空发动机感兴趣吗？ 英格林：我是后来才醉心航空发动机的。我来自密西根州，一个铁锈地带的汽车迷，高中毕业后，我全职担任汽车修理工，并认为那是我的职业。但是，在每周工作60小时满一年，并看到我那些在大学的朋友生活之后，我意识到也许这不是我要的长期职业道路。当我告诉我父亲，我要尝试读个大学时，他非常高兴。 记者：所以你选择了去航空航天工程学习？ 英格林：没有，我当时认为工程学院是进入汽车行业的最好方法，但是当我毕业时，汽车行业正处于经济低迷时期之一。我开始寻找工作，当我接受GE面试时，我实际上并不知道GE公司正在制造航空发动机。但是我很快就爱上了航空发动机这个行业。我从事的技术简直是个世外桃源，我从来没有感到沉闷过。 相关阅读： 【行业人物】陈学文：科创领域的国际合作，极大推动了燃气轮机国产化进程 原创文章，转载请注明来自@两机动力控制 |
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