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航空史秘闻——GE的航空发动机是怎样诞生的?
想必很多人都知道第一盏具有实用功能的灯泡是GE创始人爱迪生发明的。其实,这位“发明大王”涉猎非常广泛!由他亲手缔造的GE公司,其业务也从早年的电力设备,拓展至磁共振设备和燃气轮机等多个领域,成为了名副其实的工业巨头。
  其实,看似不相关的GE各个业务,可能相互之间存在着千丝万缕的联系。比如,在照明领域的积累让GE将业务拓展至X光机和医学影像领域;GE在发电和燃气轮机方面强劲的实力,孕育了公司的航空业务。而时至今日,GE航空的工程师又会依靠航空发动机领域的专业知识与经验帮助发电集团的同事制造出更高效的燃气轮机。
  这就是“GE商店”——全球知识交换系统的力量,充分发挥协同效应,实现1 1 >2的威力!
  今天要和大家聊的,就是GE航空与GE发电“相亲相爱”的那些事。
  随着电气化时代的来临,人类对电力的需求开始迅猛增加。最初的发电设备都是活塞式汽油发电机。但是很快,人们发现蒸汽轮机是一种更高效的发电设备,纷纷转向这一领域。
  1903年,也就是莱特兄弟发明飞机的那一年,GE制造出了当时世界上出力最大的汽轮发电机组(见上图),它具有占地面积小、成本低等优点,被安装在了美国罗德岛州的纽波特电厂。而后来的GE航空业务的创立,就得益于公司在发电领域的人才与技术积累。 这座电厂,也称得上是孕育了GE的航空业务。
  同年,年轻的工程师莫斯(Sanford Moss)加入GE的汽轮发电机事业部。这位康奈尔大学博士毕业的高材生在这里进行了革命性的研发工作:利用离心式压缩机在空气进入涡轮前对其进行压缩。虽然他的试验经历了诸多失败,但是其最终成果点亮了一盏通向喷气式发动机之路的明灯。
  1917年11月,NASA的前身——美国国家航空咨询委员会找到GE,希望莫斯的发明能够帮助他们提升“Liberty”航空发动机的动力水平。这款在海平面时功率可达354马力的发动机,在飞行高度增加时,输出功率会明显下降。莫斯(上图右侧)希望能利用他的压缩机在空气进入发动机前对其进行压缩,增加空气密度,让燃烧更加充分,进而减少动力损失。
  顺着这一思路,莫斯设计了一台涡轮增压器。1918年时,他在海拔14000英尺的高度对安装了涡轮增压器的Liberty发动机进行了飞行测试,令人振奋的是,发动机的功率达到了352马力,与海平面的功率相比几乎没有任何损失。自此以后,GE开始进军航空发动机领域。
  1919年7月12日,使用配备涡轮增加器的Liberty发动机的Le Pere双翼飞机成功进行了首飞。
  安装了涡轮增压器的飞机创造了多项飞行高度的世界纪录。
  1937年,时值二战前夜,GE收到来自军方的大批涡轮增压器订单,这些产品将用于B-17, B-24轰炸机,P-38、P-47战斗机以及其它飞机。此后,GE在马萨诸塞州林恩设立了一个专门的涡轮增压器事业部。值得一提的是,堪称GE航空发动机业务开创者的莫斯在这一时期入选了美国航空名人堂。这恐怕也是这位电力专业出身的工程师从业之初未曾想到的。
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  对于1938年退休的莫斯来说,他实现了自己的完美谢幕。不过刚刚起步的GE航空发动机业务则进入了自己的快速发展阶段。
  1941年,应美国政府的要求,GE开始制造美国第一台喷气式航空发动机——这在当时可是一项绝密的工作。一群精英工程师以英国惠特尔发动机为基础,对一些部件进行了重新设计,经过大量的测试,克服了诸多困难后,成功交付了I-A型发动机原型。
  1942年10月1日,以GE I-A型发动机为动力的美国首架喷气式飞机贝尔 XP-59A成功首飞,美国进入了喷气式动力的新纪元!此后,GE抓住时机再接再厉,在I-A型发动机基础上发展了J-33、J-35等型号的发动机。当时对这两款产品的需求量巨大,GE公司的产能甚至都不能满足要求,军方不得不将一部分生产任务外包给其它公司。
  之后,GE在航空发动机研发领域可谓是加倍投入。当时J33和J35发动机使用的都是离心式压气机,在设计上与当初莫斯开发的涡轮增压器很相像,早期的喷气式发动机均采用了这种设计。不过,离心式压气机存在工作效率低、迎风面积大、空气流量小等缺点。GE富有创新精神的工程师们成功研发出了性能更出色的使用轴流式压气机的J47发动机。
  这款发动机被广泛用于F-86战斗机、B-36战略轰炸机等飞机上,曾生产了多达35000台,是历史上生产数量最多的一款喷气式航空发动机!
  J47发动机不但在航空领域备受欢迎,甚至还曾经被用作过火车的动力装置呢!上图的这台头顶J47发动机的机车,就创下并至今保持着“喷气式”机车行驶速度的世界纪录。
  1948年,一位在航空史上富有传奇色彩的人物 – 前“飞虎队”队员纽曼加入GE。(我们曾专门介绍过他呢,点击这里一睹大师风采)凭借良好的工程基础、丰富的经验和过人的天赋,纽曼在GE的工作很快取得了突破性的成就:他的一项革命性创新——VSV可调静子叶片技术,对航空发动机性能的提升,特别是助力飞行速度超越音速,起到了举足轻重的作用。采用这一新技术的第一台发动机被命名为J79。当时,负责测试的GE工程师甚至一度以为仪表出了问题——发动机产生的推力之大甚至超出了他们的想象!
  可调静子叶片等新技术在航空发动机领域应用的巨大成功给了GE工程师极大的鼓舞,他们意识到,这些创新技术如果能够迁移到发电领域,那么对发电效率的提升也将会有相当不错的效果。1959年,GE将T58涡轮轴直升机发动机改造成了一台出力达1000马力的燃气轮机;另一台以J79发动机为基础发展的燃气轮机出力则达到15000马力!
  后来,GE将从航空发动机发展而来的燃气轮机,称为“航改型燃气轮机”。航改型燃机的首个重要应用是在美国70年代服役的斯普鲁恩斯级导弹驱逐舰上,目前已经发展为重要的舰船动力装置,世界上最快的船 – 行驶速度可达58节的“Francisco”号客船,就是以航改型燃机作为动力装置的。
  纽曼的可调静子叶片设计同样也被应用在了GE最大、最高效的重型燃机9HA上。两台9HA燃机的出力,几乎相当于一座小型核电站!
  看到了吧,航空与发电,两个看似毫无关联的业务,原来还有着如此“亲密”的故事。作为全球为数不多的多元化工业公司,GE成功的秘诀之一便在于它的全球知识和技术经验的共享融合:多维度的经验积累、全集团的资源调度与整合,最终实现1 1>2的效果!
  也许,未来你看到的许多GE工业产品,都是集众多业务部门最新技术成果于一身的卓越精品!
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