SiC与星辰大海|GE:发布基于SiC技术的航空航天应用产品

原创 碳化硅芯观察 2023-12-18 17:47

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2023 年 12 月 14 日 讯:
GE 航空航天公司在其位于尼斯卡尤纳的研究中心拉开了综合高超音速项目的帷幕,展示了据信是世界首创的项目高超音速双模冲压发动机 (DMRJ) 试验台在超音速气流中进行旋转爆震燃烧 (RDC)。

这有助于实现高速、远程飞行并提高效率。这一里程碑和整体项目组合使 GE 航空航天公司能够在高超音速领域寻求多种机会,并准备在 2024 年第二
季度作为一家独立公司成立。

成功的高速推进 DMRJ 演示是 GE 航空航天公司正在开发和扩展的综合技术项目组合的一部分,以提高高超音速能力,包括高温材料和高温电子设备。

这些技术是GE航空航天研究部十多年来直接与高超音速相关的努力的成果,也是GE航空航天发动机业务在高温陶瓷基复合材料(CMC)、碳化硅动力等关键领域数十年发展的成果。电子、增材技术和先进的热管理。 
“随着航空航天业着眼于高超音速技术的未来,GE 航空航天公司凭借适当的能力、经验和规模,处于有利地位,能够成为为客户推动新发展的领导者,”,GE 航空航天、国防与工业公司总裁兼首席执行官系统。 “带有 RDC 的 DMRJ 演示非常成功,是我们 10 多年 RDC 工作的成果,包括对 Innoveering 的战略收购,Innoveering 带来了高超音速推进和冲压发动机方面的领先技术和经验。”Amy Gowder
典型的吸气式 DMRJ 推进系统只有在飞行器达到超过 3 马赫的超音速时才能开始运行。GE 航空航天工程师正在开发一种旋转爆震双模冲压发动机,该发动机能够在较低马赫数下运行,从而使飞行器能够更高效地运行并实现更远的航程。  
去年收购 Innoveering 后,GE 航空航天公司获得了双模冲压喷气发动机的能力,并凭借 GE 航空航天研究部在 RDC 十年的长期工作以及 GE 航空航天公司在高马赫研究和发动机开发项目方面数十年的经验而迅速增强。 RDC 通过爆震波而不是当今为传统喷气发动机提供动力的标准燃烧系统来燃烧燃料,从而以更小的发动机尺寸和重量更有效地产生更高的推力。
“GE 独特技术和能力的成功开发、集成和展示将使我们能够为现在和未来的客户提供差异化的高超音速推进系统,”马克·雷蒂格,副总裁兼首席执行官爱迪生工厂业务部总经理技术开发,GE 航空航天公司。 “我们汇集了合适的专业知识和合适的能力,并进行了战略投资,以确保我们与客户的需求紧密结合。迄今为止我们所取得的重大成果让我们相信我们正在朝着正确的方向前进。”
Rettig 补充说,该团队的行动非常快,并指出 DMRJ 与 RDC 演示从开始到完成仅用了 12 个月。该团队正朝着明年大规模展示带有 RDC 的完整 DMRJ 目标迈进。

艺术家对高超音速飞行器的诠释。图片来源:GE 航空航天公司

高速冲压发动机推进能力的发展是高超音速技术其他关键进步的关键支撑点,包括:
高温材料:GE 航空航天公司是唯一一家在商用飞机的高压涡轮机中使用陶瓷基复合材料的航空航天原始设备制造商。几十年来,高温合金的材料创新提供了更高的温度能力和耐用性,使商用发动机能够随着时间的推移更高效地运行。 
高温电子器件:GE 航空航天研究人员最近展示了第一个被认为的碳化硅 (SiC) MOSFET 可以在超过 800 摄氏度的温度下运行,以及 SiC 技术的其他最新进展,这些技术已经创建了可扩展的 600 摄氏度电子设备,可以在极端高温运行环境中控制和监控高超音速飞行器。二十年来,GE 航空航天公司在 SiC 领域积累了领先的 IP 产品组合,并已提供功率级别从千瓦到兆瓦的基于 SiC 的电力产品,适用于航空航天、工业和军事应用的恶劣环境。
延伸阅读:

2023年6月1日GE 研究中心的一组科学家创造了新纪录,展示了SiC MOSFET(金属氧化物半导体场效应)晶体管)可承受超过 800 摄氏度的温度。

这比之前已知的该技术演示至少高出 200 摄氏度,并显示了 SiC MOSFET 在支持极端操作环境中的未来应用的潜力。它还违背了大多数电子专家认为使用这些设备可以实现的目标。

由于GE的航空航天业务希望为其现有的商业和军事客户不断改进最先进的航空系统,并寻求实现支持太空探索和高超音速飞行器的新应用,因此构建了可在以下环境中运行的电子产品组合:极端的操作环境至关重要。

三十多年来,GE 在 SiC 技术领域建立了世界领先的产品组合,并通过航空航天业务销售一系列基于 SiC 的电力产品,用于航空航天、工业和军事应用。

GE Research 微电子首席工程师 Emad Andarawis 表示,利用 SiC MOSFET 实现高温阈值可以为太空传感、驱动和控制应用开辟全新的领域探索和高超音速飞行器表示:“我们知道,为了打破太空探索和高超音速旅行的新障碍,我们将需要能够应对极端高温和操作环境的强大、可靠的电子系统。我们相信,我们已经创造了一项记录,展示了 800 摄氏度的 SiC MOSFET,这是实现这些关键任务目标的一个重要里程碑。”

图片说明:这些棉花糖会在几秒钟内烤熟,但 GE 的 SiC MOSFET 却不行
 GE 科学家在实验室中展示了能够承受高达 800 摄氏度温度的设备
大约相当于漫长夏夜篝火核心的温度。

GE 的 SiC MOSFET 可以支持更强大的传感、驱动和控制的开发,为太空探索开辟新的可能性,并能够控制和监测以 5 MACH 或超过 3,500 MPH 的速度行驶的高超音速飞行器。这是当今典型商业客运航班飞行速度的六倍多。

Andarawis 指出,电子行业在碳化硅高温电子产品方面取得了许多令人兴奋的发展。美国国家航空航天局 (NASA) 已证明 SiC JFET 的耐受温度远远超过 800 摄氏度。长期以来,人们普遍认为 SiC MOSFET 在高温下无法提供与 JFET 相同程度的可靠性和耐用性。 SiC MOSFET 中栅极氧化物的新进步(以前一直是温度和寿命的限制因素)已大大缩小了差距。

Andarawis 和 GE Research 最近的演示表明,MOSFET 可以扩大可供考虑的选项组合。这是建立在越来越多的碳化硅电子器件研究基础上的,GE 航空航天研究人员处于领先地位。

该团队目前正在与 NASA 合作开展一个项目,应用新型 SiC 光电二极管技术来开发和演示紫外线成像仪,以增强金星表面的太空任务。 

GE 研究团队还在我们的洁净室设施中制造 NASA 的 JFET,这是他们为外部半导体合作伙伴所做的工作的一部分。

位于纽约州 Niskayuna 的 GE 研究园区内的洁净室设施是 GE 在 SiC 领域研究的主要重点。这是一座占地 28,000 平方英尺的 100 级(通过 ISO 9001 认证)设施可以支持从研发到小批量生产的技术,并将技术转移到支持 GE 内部产品或选择外部商业合作伙伴的大批量制造 。

英文原文链接:https://www.geaerospace.com/press-release/other-news-information/ge-aerospace-demonstrates-hypersonic-dual-mode-ramjet-rotating


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