【智能之心】数码双胞胎喷气发动机

       喷气发动机是地球上最复杂的技术之一。实际上制造飞机的公司实际上并不是自己制造的。他们将这项工作外包给全球仅有的几家企业 - 主要是美国通用电气和普惠公司，以及英国的劳斯莱斯控股。在研发实验室内，喷气发动机工程师正在努力采用古老的科学技术，使喷气发动机工作，并构建更轻便，更节能，更持久的设计。

        通用电气全球研究中心总经理安东尼•迪恩（Anthony Dean）在纽约的尼斯卡尤那（Niskayuna），为我们提供了一个关于公司如何重新思考一种基础科学未升级的技术， 50年这包括保存每台喷气发动机GE制造的“数字双胞胎”的记录，以便在空气中保持其在地面上的表现。

        喷气发动机 - 从飞机机翼悬挂并提供动力和推进力的长方形物体 - 只需要三个基本要素：空气，燃料和火花。当然比这更复杂了。特别是当现代发展（如环境法规和声条例）要求每台发动机尽可能的小，尽可能安静，并尽可能节省燃油。很容易构建一个巨大的发动机。但是，根据现代要求的细节来构建挑战。

          每个喷气发动机的基本设计如下：连续有四个模块。在第一个模块中，风扇产生一个分为两个的空气流。一个流进入第二个模块。第二个流绕过发动机的内部，并向后推出，以帮助推动发动机。这包括他们制造的每个喷气发动机的“数字双胞胎”，以便它们能在空中保持其在地面上的表现。

在第二模块中，空气压缩机吸入空气并将其置于高压下，这会缩小空气的体积，并允许发动机更小（因为压缩空气占用更少的空间）。第三个模块是发生燃烧的地方。燃料喷射燃料与压缩空气结合，用火花点燃以产生热量（基本上在龙卷风中照亮一个匹配），这大大扩大了压缩空气。现在已经扩大了3倍的加热空气然后被迫进入包含涡轮机的第四个模块中。快速移动的空气旋转涡轮，其通过轴连接到第一模块中的风扇，从而完成使发动机自身的电路。将涡轮机转动的快速移动的扩张空气从发动机的后部射出也有助于推进。

       喷气发动机设计中最困难的部分之一就是确定如何保持所有部件的运转，尽管它们暴露于极高的温度。整个发动机的许多旋转叶片，例如旋转以保持空气的移动，可以暴露在高达3,000华氏度的高温下燃烧的气体。这是特别有挑战性的，因为大多数金属在大约2000到2500度之间熔化。Dean说：“我的气流比金属的熔点高500度。”他说，这就像在500度温度下冰冻冰冻。他的团队采用的一个解决方案是使用特殊的陶瓷来覆盖每个部件，该陶瓷可以承受比金属更高的温度。但是，Dean说，陶瓷是脆弱的。所以如果你有一个可以承受高温的咖啡杯，“咖啡杯不会融化，但如果放下，它就会破裂，”他说。喷气发动机内部的部件不仅暴露在高温下，而且它们在高速移动时也受到极端的应变和压力。因此，GE材料科学家开发了陶瓷基复合材料（CMC），其结构类似于玻璃纤维，与金属一样坚固，但更轻，更能够耐高温。

       为了使涡轮机叶片更有能力承受高温并尽可能长的时间，工程师们也重新设计了它们的设计。它们不是简单平坦，光滑的刀片。相反，它们被覆盖在一系列小洞中。当发动机启动时，空气被迫穿过每个孔，并创建一个覆盖刀片的毯子。涡轮机叶片周围的气囊比发动机内部的空气更冷，这样可以保护它们免受极端的高温影响，并使其寿命更长。Dean说：“现在所有人都在做这件事情。” “这是使每个公司在秘密酱汁方面不同的事情之一。如何获得良好的发动机？你做好冷却和材料的工作。

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