獨佔「夢幻飛機」波音787動力鰲頭:GEnx系列發動機概述

2020-08-26 航空之家


GEnx是GE公司為波音787「 夢幻飛機」 研製的高涵道比 (10.0) 與高總壓比(45.0),低油耗、低汙染與低噪聲的新一代發動機,也用于波音747-8 客機與貨機。

為了滿足21世紀 「綠色航空」 的要求,GEnx不僅繼承並發展了GE公司以往成熟發動機特別是GE90發動機的設計,吸取了GE90研製與使用中的經驗與教訓,而且還採用了最新發展的一些先進技術,使得GEnx不僅性能達到較高的水平,而且研製周期較短。

波音公司於2002年12月宣布研製波音7E7——高效、高速、面向中型市場的新一代雙通道客機,用以填補波音737、波音757單通與波音777雙通道客機的空檔。波音7E7中的E「」意味: 經濟 (Economic)、 環保 ( Environment)、 可上網 (E-enable)與舒適 (Exceptional comfort for customer)。

2005年1 月28日在中國購買60架波音7E7的籤字儀式上,波音宣布將 「E」 改為中國認為吉利的 「8」 因此飛機改名波音787。原計劃於2009年投入使用,2007 年5月就已獲得560餘架的訂單。但實際上由於種種原因導致波音公司多次推遲了計劃。

波音公司先後五次推遲了波音787客機的首航計劃。定於2007年秋季開始試飛的波音787客機,延期到2007年11月或12月中旬,導致了原定2008年5月要交給第一批客戶全日空的飛機延後了6個月,推遲到2008年12月才能營運。

波音787起始型號有三個: 波音787-8基本型、 波音787-3短航程型和波音787-9加重型。

為此GE公司在GE90系列發動機的基礎上研發了GEnx系列發動機,而羅羅公司則研發了遄達1000發動機。最終波音公司為波音787選擇僅採用羅羅公司的遄達1000及GE公司的GEnx發動機,而普惠公司則被排除在外。

GEnx發動機概述

2003年,波音公司就波音787 「 夢幻飛機」 的動力裝置給世界三大航空發動機製造商提出了四道題目:

在技術方面,要求發動機能提供更多的電力,以一種尺寸的發動機適用於三種不同類型的波音787飛機,採用最新的技術和實現最佳的可靠性;

在經濟性方面,能在波音787飛機壽命期內,在,500~8000海裡的航段上提供最佳的經濟性;

在環境方面,在波音787飛機壽命期內滿足所有的環保要求;

在服務方面,能夠達到並支持波音公司提出的綜合服務解決方案按雙發客機發動機推力約為飛機起飛總重的0.25~0.3,取0.27計,波音787-3起飛總重約為164噸,要求單臺推力22000kgf(215kN,即48400lbf) ;波音787-8起飛總重約為217噸,要求單臺推力29400kgf(288kN,即64000lbf);波音787-9 起飛總重約為227噸,要求單臺推力30645kgf(300kN,即67500lbf)。

發動機要求高涵道比 (10~11) 高總壓比 (45~52),低耗油率,低汙染,低噪聲,易維護,長壽命,推力範圍55000~ 75000lbf(222~334kN), 於2009年投入運營並可向飛機提供1000kW交流電(每臺發動機提供500kW)。

以波音787-9飛機為例,飛機起飛總重227噸,要求發動機單臺推力約為300kN(67500lbf) 並留有一定發展裕度。GEnx按75000lbf,遄達1000按70000lbf作為設計值。GEnx第1次試車推力達到80500lbf,比設計值大7%。

GE公司於2005年3月凍結了GEnx的設計。自2006年3月起,該發動機一直在進行地面試驗 ,GEnx發動機於2007年2月底開始在GE公司波音747飛行試驗臺進行飛行試驗,並於2007年9月取得了適航證。

GEnx雖然是新設計的發動機,但它大量採用了GE公司在過去幾年中發展的新技術。對於這個項目,GE公司在全臺發動機試驗以前實施了最為進取性的技術成熟計劃,包括確定複合材料風扇系統的部件試驗和點火前燃油有效混合和NOx 大大降低的下一代燃燒室。

GEnx是GE公司 「綠色創想」 產品名錄的成員之一GE公司承諾 開發新型、 高效費比技術。增強用戶的環境和運營表現。

日本石川島播磨重工業公司 (IHI)、 日本的三菱重工業公司 (MHI)、 義大利菲亞特公司、 瑞典沃爾沃航空集團和比利時航宇技術公司 (Techspace) 是GEnx項目的收益共享合作夥伴。

除GE公司外,GEnx的參與公司和工作份額如下:

(1) 日本IHI/MHI: 份額約15%,IHI負責低壓渦輪旋轉部件和單元體裝配以及壓氣機葉片、風扇中軸和燃燒室機匣MHI參與製造燃燒室機匣。

(2) 義大利菲亞特: 份額約12%,負責減速箱、 低壓渦輪靜止部件和機匣,以及潤滑系統。

(3) 瑞典沃爾沃: 份額約6%,負責風扇轂框架、 渦輪後框架和增壓級轉子。

(4) 比利時Techspace: 份額約3%,負責增壓級靜子。

作為世界上唯一採用複合材料前風扇機匣和風扇葉片的噴氣發動機,GEnx的耐久性更高,重量更輕,使用成本更低。

風扇葉片利用GE90複合材料技術,此項技術在GE90發動機上經過了充分驗證,在近十年的使用時間裡未出現過任何問題。GEnx採用18個風扇葉片 ( 比CF6的少一半) ,其噪聲水平比目前投入使用的任何一型GE民用發動機的都低 。另外GEnx還採用了一種新型燃燒室,通過提高點火前的油氣混合效率,大幅降低了NOx 排放水平。

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