GE成立首座工业实验室开启创新历程

1900年12月一个寒冷的早晨，在纽约州斯克内克塔迪，三位通用电气（GE）的员工开始了一项将为科学研究树立新标准的冒险。当通用电气的首席工程师查尔斯·施泰因梅茨（Charles Steinmetz）、化学家威利斯·R·惠特尼（Willis R. Whitney）和工程师约翰·邓普斯特（John Dempster）来到施泰因梅茨的谷仓——被重新命名为通用电气研究实验室——工作时，他们组成了世界上第一个工业研究团队的核心。

在接下来的125年里，通用电气的实验室开创了变革公司、彻底改变飞行和重塑现代生活的技术。随着员工的扩张，他们相继搬入了升级的设施，直到75年前的1950年10月1日，通用电气在附近的纽约州尼斯卡尤纳开设了通用电气研究实验室的现址。在数百人参加的典礼上，公司总裁查尔斯·E·威尔逊（Charles E. Wilson）重申了实验室的宏伟使命：为研究人员配备工具和技术，将科学发现转化为创新。

七十五年后的同一天，GE航空航天公司庆祝了实验室的钻石纪念日和125年的开创性研究。作为由GE航空航天研究总经理兼高级执行董事乔·温奇奎拉（Joe Vinciquerra）主持的仪式的一部分，公司公布了在大楼露台设立新牌匾的计划，上面将刻有“GE航空航天研究：未来飞行的前沿入口”（GE AEROSPACE Research: Front Door to the Future of Flight）。

如今，这个设施更名为GE航空航天研究中心，其员工将继续定义未来的飞行，他们站在巨人的肩膀上，这些巨人帮助建立了我们所知的航空业。以下是前125年创新中的一些卓越发现——其中，恰逢钻石周年，也包括了首个实验室培育的钻石。

I-A：美国第一台喷气发动机

黑白I-A喷气发动机图片

在美国即将卷入第二次世界大战前夕，陆军航空队选择了通用电气来制造美国的第一台喷气发动机。通用电气当时已经为盟军轰炸机提供增压器，因此战争部押注该公司专家拥有处理该项目的技术和人才。他们被给了六个月的时间。通用电气工程师们夜以继日地工作，设计新部件，改造旧部件，并提前一个月交付了一个名为I-A的绝密原型机。1942年10月1日，第一架美国喷气式飞机贝尔XP-59A从加利福尼亚的穆罗克湖起飞，由两台I-A发动机提供动力。美国的喷气时代由此开始。

LEXAN塑料

1953年，通用电气化学家丹尼尔·福克斯（Daniel Fox）首次合成了LEXAN聚碳酸酯树脂，这种材料非常坚韧，以至于为了取出它，他不得不敲碎用来混合它的玻璃烧瓶，从而开创了工程热塑性塑料的现代时代。这个样品永久地粘在搅拌棒的一端，在研究中心被称为丹·福克斯的棒棒糖：一个琥珀色的球状物，即使员工用它敲钉子也不会破裂。坚韧、耐用、耐热的LEXAN很快成为世界上最广泛使用的工程材料之一，出现在从阿波罗11号宇航员头盔和战斗机挡风玻璃到电脑屏幕、水瓶和手电筒的各种物品中。

金刚石压机

金刚石旁边有一支铅笔和一堆石墨碎屑

金刚石仅在地球地幔的巨大压力下自然形成。但在1954年，通用电气化学家H·特雷西·霍尔（H. Tracy Hall）和研究中心的三位同事建造了一台能在实验室中聚集这些力量的机器。

自1941年以来，该公司一直在寻找制造金刚石的方法；作为自然界中最坚硬的物质，它们在工业中具有极高的价值。研究人员建造的“金刚石压机”产生了每平方英寸150万磅的压力和5000华氏度的温度。

1954年12月16日早上，霍尔将碳和铁的混合物装入这个巨大的装置中。20分钟后，他检查了结果。“我的手开始颤抖；我的心跳加速；我的膝盖发软，”他后来在1970年学术期刊《化学家》中写道。“我的眼睛看到了数十个微小八面体晶体三角面的闪光……我知道人类终于制造出了金刚石。”

J93：首个达到三倍音速的喷气发动机

1957年，通用电气赢得了一份合同，为世界上最大的轰炸机——美国空军的实验性XB-70“瓦尔基里”轰炸机——提供动力装置。1965年，由六台J93发动机提供动力，XB-70在70,000英尺以上的高空飞行了62分钟后，达到了3马赫，即音速的三倍。如此大小和重量的飞机从未飞得如此高、如此快。J93是第一台设计用于超过3马赫速度的发动机，它引入了先进技术，如气冷涡轮技术，至今仍用于军事和商业发动机中。

GE90：首个使用碳纤维复合材料的商用喷气发动机

风扇叶片的特写照片

过去，长途飞行需要四台发动机来为飞机提供动力。GE90帮助改变了这一切。每个机翼仅需一台GE90，波音777就能在不加油的情况下飞行近半个地球。为了实现这一点，研究人员几十年来一直致力于研究新材料，以减轻发动机重量并减少燃油消耗。他们的独创性在GE90四英尺高的风扇叶片中表现得最为明显。这些叶片由轻质耐用的碳纤维复合材料（CFCs）制成——其中一片叶片收藏在现代艺术博物馆——对于GE90创纪录的推力至关重要。此后，复合材料风扇叶片也帮助提高了GEnx、CFM LEAP*和GE9X发动机的燃油效率。

CFM LEAP：商用喷气发动机首次使用CMC和3D打印部件

夕阳下的LEAP发动机

CFM LEAP发动机比其前身CFM56的燃油效率提高了15%。其性能提升部分来自于革命性的材料：它是首款在热区广泛部署陶瓷基复合材料（CMCs）和3D打印部件的商用发动机。在尼斯卡尤纳开发并用于发动机涡轮罩的CMC，其强度是金属的两倍，重量却是金属的三分之一。3D打印技术能够生产更轻、更耐用、更复杂的部件，例如LEAP的燃油喷嘴。

首次在模拟高度下测试大功率、高压混合电力系统

与美国国家航空航天局（NASA）合作，GE航空航天工程师于2022年完成了世界上首次在模拟单通道商业飞行高度条件下，对兆瓦级和多千伏混合电力推进系统进行的测试。在此次测试之前，尼斯卡尤纳的研究人员已经花费数年时间开发电力系统。他们最大的挑战：在高度上管理电力和电压。空气是一种天然绝缘体，飞得越高，空气越稀薄，这增加了电弧的风险。GE航空航天研究人员正在逐个部件地努力，以帮助开发一种能在飞行中可靠运行的混合电力推进系统。

首次超音速双模冲压喷气发动机带旋转爆震燃烧的试验

在不到一小时内从纽约飞到洛杉矶听起来像是科幻小说。但工程师们正接近实现超音速飞行——即以音速的五倍速度飞行。去年，GE航空航天通过成功演示超音速双模冲压喷气发动机，向这一愿景迈出了巨大一步。在冲压喷气发动机中，空气通过特殊设计的进气口而不是传统的压缩机和涡轮机进行压缩以供燃烧。为了使冲压喷气发动机达到超音速，GE航空航天研究人员开发了旋转爆震燃烧系统，该系统以小而受控的爆炸波形式燃烧燃料，以实现更高的推力和效率。该发动机在不到11个月的时间内从概念推进到测试，展现出稳健的运行和比传统超音速技术演示器三倍的空气流量。

一百二十五年过去了，GE航空航天研究人员才刚刚开始。如今，尼斯卡尤纳设施是GE航空航天对新兴技术进行高风险、高回报研究的中心。它的优势——处于实验室和机库之间的连接点——将继续照亮未来飞行的下一个前沿。