NASA的HyTEC项目取得进展：实现更加节能的发动机核心机

迈克尔·普雷斯比（Michael Presby）是NASA格伦研究中心克利夫兰分部的研究材料工程师。他正在调整一台红外热成像摄像机，用于监测NASA开发的高温环境屏障涂层在陶瓷基复合材料上的温度分布，以支持该机构的HyTEC项目。复合材料的环境屏障涂层表面温度为3000华氏度。

HyTEC旨在开发根据小型的涡扇发动机核心机，以减少燃料消耗。该项目是NASA可持续飞行国家合作伙伴计划的关键领域，该计划旨在与政府、工业界和学术界合作，实现航空业在2050年之前实现零碳排放。

作为实现2050年目标的努力的一部分，NASA计划在2030年代使HyTEC的发动机核心机技术随时可用，以便被新发动机采用并可能纳入下一代更加可持续的单通道客机中。

这意味着HyTEC项目进展迅速，并且与行业合作伙伴一起进行研究、设计和测试发动机核心。

HyTEC项目负责人安东尼·尼罗内（Anthony Nerone）表示：“我们非常兴奋能够参与这项技术的研发，特别是考虑到它可能在10年后即可实现商业化运行。”

进入喷气发动机内部工作

为了缩小航空发动机核心机的尺寸，同时保持相同的推力，项目团队正在努力开发一系列技术。较小的发动机核心机需要运行在更高的温度下，因此需要能够承受高温并减少冷却气流的新材料。

普雷斯比将一块带有环境屏障涂层的陶瓷基复合材料样品安装在格伦研究中心高热流激光设施的测试单元中。该设施是为支持机构的HyTEC项目而设计的，可以通过调整激光功率来模拟航空发动机的热特性，包括起飞、巡航和怠速状态。

HyTEC项目的这个阶段可以简单地概括为几个步骤：确定最佳材料、进行充分测试，并将获胜者用于发动机核心机测试。

该项目已经完成了前两个步骤中的大部分工作。

研究人员发现，适合这项任务的材料是陶瓷基复合材料（CMCs）和环境屏障涂层（EBCs）。这两种材料都是由多种不同材料混合而成的复合材料。

团队计划使用CMCs来构建发动机核心部件，并使用EBCs涂层来保护这些部件，以防止损坏。

尼罗内表示：“我们已经确定了最佳材料，以便在进行全面演示时能够更高效地确定一个明确的优胜者。现在，那些有潜力的CMCs和EBCs将进入下一轮筛选。这是一个筛选过程。”

但在材料科学领域，CMCs和EBCs有许多不同的种类，因此HyTEC的研究人员负责确定和选择最佳材料，然后才能开始发动机核心机的组装和测试。

候选材料的选择

尽管复合材料能够承受极高的温度，但与金属相比，它们可能会更快地发生降解和腐蚀。为了找到能够经受住考验的材料，HyTEC将涂有不同EBCs的样品复合材料进行了一系列的高温、高压和耐久性测试。

布赖恩·哈德尔（Bryan Harder）是NASA格伦研究中心克利夫兰分部的技术负责人。他描述了一种硬件设备，该设备将使研究人员能够在燃烧环境中测试具有创新环境屏障涂层的先进陶瓷基复合材料翼型。作为该机构HyTEC项目的一部分，这个关键测试将展示这些材料在未来与行业合作伙伴进行发动机演示测试之前的能力。

尼罗内说：“在一个实验室中，我们有装有巨大燃烧器的装置，将复合材料的小样品加热到数千度。它运行24/7小时，以观察它们的性能如何。在我们确定了表现最佳的材料后，我们对其进行更多的检查和测试。”

例如，在格林中心的发动机研究建筑物中，HyTEC正在使用一个燃烧器装置，模拟更接近喷气发动机条件的环境，比燃烧器装置更接近真实。

尼罗内说：“使用先进材料，我们构建与真正位于航空发动机内部相同大小和形状的部件，然后在燃烧器装置中进行测试。一旦它们受到真实的发动机工况的影响，最佳材料将开始浮出水面。”

航空发动机核心机的另一个关键组成部分是涡轮叶片。随着核心机尺寸变小，涡轮叶片将变得更小且更具挑战性。因此，空气动力学测试也是HyTEC研究的一部分。

尼罗内说：“这是一个类似的过程。当你将所有东西缩小时，空气动力学也会发生变化。我们制作涡轮叶片的比例模型，并观察其性能如何。”

研究人员在格林中心进行了不同涡轮叶片设计的测试，以确定适合小型核心机性能的最佳结构。一旦他们将选项缩小，他们就可以进行更大规模的涡轮测试。

不久之后，他们将能够进行更高级别的测试，这些测试将由NASA的行业合作伙伴进行，他们正合作进行发动机核心机测试。HyTEC团队预计这个阶段将在几年后进行。

尽管时间表非常紧凑，但该项目仍然保持着目标，并且团队对完成任务充满动力。研究本身的目的使他们更有动力——使航空业更加可持续。

尼罗内表示：“这实际上就是关键。我们正在减少燃料消耗。这是一项重大成就。”

来自：中国航空新闻网