通用电气航发百年史(一)

人们经常戏说:只要动力给力,板砖也能飞起来。这当然是夸张了,但也说明了动力对航空的重要性。通用电气就是从事航空动力的。

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通用电气简称GE,航空发动机分部为西方三巨头之一

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通用电气的Lockland工厂现在改称Evendale工厂,依然是通用电气最主要的发动机工厂

美国通用电气公司简称GE,早年曾用过译名“奇异”。说起来,爱迪生还是通用电气的创始人之一,他的公司与其他公司合并,在1892年成为通用电气公司。1903年12月17日,莱特兄弟发明了现代飞机,通用电气在1919年就开始涉足航空动力,但要到1941年才制造第一台航空发动机。今日西方航空动力三巨头(如果不算法国赛峰的话)之一的航发之路与众不同。

从莱特兄弟到喷气时代,航空发动机是活塞式的天下,不管是直列、V形还是星形,四冲程是基本技术,与汽车发动机没有本质的不同。普拉特-惠特尼是从活塞式发动机开始的,罗尔斯-罗伊斯索性是从造汽车起家的。但早年的通用电气还真是专攻电气的:发电、输电和各种电机电器,从电炉、电熨斗、电灯泡到各种电动机,无所不包,就是从来不包括活塞式发动机的研发和制造。

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通用电气是从涡轮增压开始涉足航空动力的,这是活塞时代航空动力的关键技术

人们很早就发现,如果对进气增压,同样体积的活塞式发动机在每一个冲程循环中都能吸入更多空气,也就意味着可以喷注更多燃料,产生更大的出力。增压有机械增压和涡轮增压。前者从发动机转轴上直接引出动力,驱动增压装置;后者用废气涡轮驱动增压装置。历史上首先有机械增压,在欧洲使用较多。涡轮增压在二战前夜才实用化,在美国使用较多。机械增压结构简单,发动机一转动,增压效果立刻可用,但功率损失较大。涡轮增压将高温高压排气中的能量转换为动力,不仅功率损失小,而且在寒冷低压的高空使用,效果尤其显著,对强调高空高速的二战时代特别重要,成为战时美国航空动力的秘密武器。

废气涡轮与蒸汽涡轮在技术上是相通的。通用电气凭借在汽轮机叶片、涡轮和热端技术,在1919年开始涉足涡轮增压,建立了通用电气航空分部,距今正好100年。不过战前的通用电气双管齐下,机械增压和涡轮增压通吃,但依然属于航发附件。转机在1941年来到。

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惠特尔和他发明的喷气发动机

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1941年不列颠之战高峰的时候,还在格洛斯特E29上试飞才一个月

英国人弗兰克·惠特尔和德国人汉斯·冯·奥海恩分别发明了喷气式发动机。奥海恩的设计最终导致梅塞施密特Me-262,这是世界上第一种投入实战的喷气式战斗机。惠特尔的设计最终导致格洛斯特“流星”,但问世晚了一步,投入实战时,二战已经尾声了。

在这个时候,美国没有自己的喷气发动机设计,但惠特尔的发动机在格洛斯特E29上试飞才一个月,美国陆航参谋长阿诺德上将(后来成为历史上唯一的空军五星上将)就获准检视。深陷战火的英国担心惠特尔和他的发动机最后落入德国之手,正在考虑把研发搬到加拿大,阿诺德提出由美国接手,英国同意了。

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第一台通用电气的喷气发动机GE1-A,通用电气从这里走上喷气发动机的研发道路

阿诺德特意避开传统的航发老字号普拉特-惠特尼和莱特,以避免干扰战时生产,喷气发动机也与活塞式区别太大,但与涡轮机械有关,因此基于通用电气在涡轮机械方面的经验,责令后者仿造惠特尔的设计,并在此基础上进一步发展。通用电气的涡轮增压团队立刻投入紧张的工作,在惠特尔W.1X样机和W.2B图纸的基础上,研发了GE1-A,在1941年4月第一次开车。从此,通用电气成为航发世界的劲旅。

惠特尔的设计还很粗糙,有很多细化、优化的余地。通用电气马上从工艺、材料和设计全面入手,研发了一系列改进型,最终推出I-40“超级喷气”涡喷,以后正式定名为J33,成为1944年1月首飞的第一种美国喷气战斗机洛克希德P-80的动力。这也是传奇式的洛克希德“臭鼬工厂”的第一个手笔。不过战时通用电气自己忙不过来,J33的生产转交给通用汽车属下的艾里逊发动机公司进行。

惠特尔的设计奠定了早期英美系涡喷的基本技术路线,其中重要一点是离心式压气机。离心式压气机的体积小,重量轻,结构简单,增压比高,但流量限制较大,最终限制发动机的推力。轴流式压气机的特点相反,但最终由于空气流量大的特点而适合用于大推力喷气发动机。现代喷气发动机除了小推力的微型涡喷或者涡轴,基本上都用轴流式压气机。

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I-40最终按照J33定型

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成为美国第一代喷气战斗机P-80的动力

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TG180不仅采用更有潜力的轴流式压气机,也是第一种具有加力推力的量产喷气发动机,以后定型为J35

轴流式压气机的基本特点不是秘密,但战时英国没有足够的技术力量和资源与离心式 压气机齐头并进。这对兵强马壮的通用电气不是问题,在推动I-40的同时,并行推动轴流式压气机的TG180涡喷,后定名为J35,用于诺斯洛普F-89、共和F-84、北美FJ-1、波音XB-47、YB-49等,其中北美FJ-1是美国海军的第一种舰载喷气式战斗机,诺斯洛普YB-49则是B-2之前唯一的喷气式飞翼。J35也是第一种具有加力推力的量产喷气发动机。不过此时通用电气依然在产能上顾不过来,J35的生产同样转交通用汽车属下的雪佛莱分部,后转交艾里逊。

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