General Electric GE9X — это турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности, разработанный GE Aerospace эксклюзивно для Boeing 777X . Впервые он был запущен на земле в апреле 2016 года и совершил первый полет 13 марта 2018 года; он был установлен на первом полете 777-9 в начале 2020 года. Он получил сертификат типа Федерального управления гражданской авиации (FAA) 25 сентября 2020 года. Созданный на основе General Electric GE90 с более крупным вентилятором, передовыми материалами, такими как керамические матричные композиты (CMC), и более высокими степенями двухконтурности и сжатия, он был разработан для повышения топливной эффективности на 10% по сравнению с GE90. Он рассчитан на тягу в 110 000 фунтов силы (490 кН), что на 5000 фунтов силы (20 кН) меньше, чем у варианта GE90 с самой высокой тягой, GE90-115, рассчитанного на 115 000 фунтов силы (510 кН).
В феврале 2012 года GE объявила об исследованиях более эффективной производной от GE90, назвав ее GE9X, для оснащения как вариантов -8, так и -9 нового Boeing 777X . Он должен был иметь тот же диаметр вентилятора 128 дюймов (325 см), что и GE90-115B, с тягой, уменьшенной на 15 800 фунтов силы (70 кН) до нового номинала 99 500 фунтов силы (443 кН) на двигатель. [1] Двигатель для 777-8X должен был быть дефорсирован до 88 000 фунтов силы (390 кН). [2]
В 2013 году диаметр вентилятора был увеличен на 3,5 дюйма (9 см) до 132 дюймов (335 см). [3] В 2014 году диаметр вентилятора был увеличен еще на 1,5 дюйма (4 см) до 133,5 дюйма (339 см), что немного увеличило тягу с 102 000 до 105 000 фунтов силы (с 450 до 470 кН). [4]
В 2016 году цена двигателя составляла 41,4 млн долларов США . [5]
Ожидалось, что первый двигатель будет испытан на земле в 2016 году, летные испытания начнутся в 2017 году, а сертификация состоится в 2018 году. [6] Из-за задержек первое летное испытание состоялось в марте 2018 года, [7] а сертификация ожидается в конце 2019 года. [8]
Первый испытанный двигатель (FETT) завершил свой первый запуск в апреле 2016 года. [9] Этот двигатель выполнил 375 циклов за 335 часов работы, что подтвердило правильность конструкции двигателя с точки зрения аэродинамических характеристик, поведения механической системы и управления нагревом системы вторичного воздуха. [10]
GE9X провел испытания на обледенение зимой 2017 года. [11] FETT использовался для испытаний на холодную погоду в условиях естественного обледенения, таких как туман на земле ; незначительные изменения конструкции с использованием аддитивного производства были сделаны в течение одного месяца. Сертификация и оценка обледенения были завершены зимой 2017–2018 годов в Виннипеге, Манитоба . [10]
Для испытания GE9X на обледенение кристаллов льда (обледенение ядра) использовались имитированные условия на большой высоте , что было проблемой для GEnx . Это испытание улучшило понимание обледенения ядра, а также более знакомого обледенения . Изменение конструкции, необходимое для GEnx, заключалось в добавлении обходных дверей между усилителем и компрессором высокого давления, которые открываются в воздушный поток, чтобы уменьшить вероятность попадания кристаллов льда в ядро. [10]
Изменения конструкции между FETT и вторым испытательным двигателем (SETT) касались улучшений, необходимых для достижения целей эффективности: минимальная площадь в воздуховоде между выходом турбины высокого давления и входом турбины низкого давления была изменена для установки рабочей линии компрессора, турбины и вентилятора. Концевой зазор в передней части компрессора высокого давления был изменен в результате раннего опыта эксплуатации. Испытания SETT начались 16 мая 2017 года в Пиблсе, штат Огайо , через 13 месяцев после FETT; это был первый двигатель, построенный в соответствии с окончательным производственным стандартом для сертификации. [10] Во время 150-часового испытания блока FAA произошел отказ рычага переменного статорного лопасти (VSV), и его перепроектирование привело к 3-месячной задержке. [12] За SETT последовали еще четыре испытательных двигателя к маю 2018 года. [13]
Программа сертификации началась в мае 2017 года. [11] Восемь дополнительных двигателей были задействованы для сертификации, а также один для сертификации ETOPS, установленный в гондоле самолета. Основной двигатель был испытан в Эвендейле, штат Огайо , в испытательной камере высоты для проверки вибраций лопаток, а двигатели 003, 004 и 007 были собраны в 2017 году, а четвертый двигатель использовался для летных испытаний позднее в том же году из Викторвилля, Калифорния . В 2018 году потребовалось десять двигателей соответствия (включая два запасных двигателя) для четырех самолетов 777-9 для летных испытаний. [10] Сертификация типа была запланирована на четвертый квартал 2018 года. [14]
10 ноября 2017 года двигатель GE9X достиг рекордной тяги в 134 300 фунтов силы (597 кН) в Пиблсе, что стало новым мировым рекордом Гиннесса, побив рекорд GE90-115B в 127 900 фунтов силы (569 кН), установленный в 2002 году. [15] [16] Испытательный двигатель блока работал на пределе своих эксплуатационных возможностей, в условиях тройной красной линии: максимальная скорость вентилятора, максимальная скорость основного вала и максимальная температура выхлопных газов . Испытания на обледенение начались в Виннипеге в конце 2017 года. Первые двигатели для летных испытаний 777X были отправлены в 2018 году для первого полета 777-9 в начале 2019 года. [17] Четверть сертификационных испытаний была проведена к маю 2018 года: обледенение, боковое ветровое искажение/деформация на входе, деформация на входе , вибрации лопаток вентилятора и усилителя , вибрации лопаток турбины HP и тепловое обследование . [13]
Поскольку он был больше, чем GE90, GE9X мог быть установлен только под крылом на Boeing 747-400 с его большими стойками основного шасси и большими шинами, а не на предыдущем испытательном стенде GE 747-100 . Двигатель был наклонен на 5° больше, чем GE CF6 . [14] Boeing построил специально разработанный пилон для испытательного стенда. [10] Подвешенный на 19-футовой (580 см) стойке, четвертый двигатель программы начал летные испытания в конце 2017 года. Двигатель с диаметром вентилятора 134 дюйма (340 см) установлен в гондоле диаметром 174 дюйма (440 см) с дорожным просветом 1,5 фута (0,46 м). [17] Двигатель и гондола весили 40 000 фунтов (18 тонн) с новым пилоном и усилением крыла, по сравнению с 17 000 фунтов (7,7 тонн) для CF6-80C2s и его пилона. [18]
В феврале 2018 года первый полет GE9X был отложен из-за проблем, обнаруженных в рычагах регулируемых лопаток статора (VSV) компрессора высокого давления (HPC). Также плановая проверка двигателей CF6 на испытательном стенде 747 обнаружила коррозию корпуса вентилятора и аэродинамические поверхности турбины высокого давления на допустимых пределах. [19] Первый полет состоялся 13 марта с предыдущей конструкцией рычага VSV. [7] В начале мая первая фаза летных испытаний из двух была завершена после 18 полетов и 110 часов работы; был исследован диапазон высот GE9X и оценены его крейсерские характеристики. Вторая фаза была запланирована на третий квартал. [13]
К октябрю 2018 года была завершена половина сертификации, и использовались восемь опытных двигателей, в основном в Пиблсе, штат Огайо : № 1 был сохранен; лопасть вентилятора была намеренно отделена от ступицы вентилятора № 2 на взлетной тяге для испытания на вылет лопасти ; № 3 использовался для наземных испытаний при боковом ветре и циклических и нагрузочных испытаний узла каскада реверсора тяги ; № 4 исследовал границы диапазона полета, такие как низкие высоты; № 5 провел испытание на выносливость с роторами, намеренно разбалансированными, чтобы заставить двигатель трястись на предельных уровнях вибрации, разрешенных в эксплуатации, что является требованием для сертификации ETOPS; № 6 провел испытания на всасывание позже в 2018 году; после испытаний на перегрев турбины низкого давления № 7 прошел вторую фазу испытаний на обледенение в Виннипеге, Манитоба ; № 8 прошел испытание на выносливость FAA в течение 150 часов с тройной красной линией. Для летных испытаний 777-9 потребовалось восемь двигателей соответствия, а также два запасных. [12]
Вторая фаза из 18 полетов началась 10 декабря для оценки программного обеспечения управления двигателем и производительности в условиях высоких температур и продолжалась до первого квартала 2019 года до сертификации FAA в том же году. К тому времени были завершены испытания на попадание воды, боковой ветер, вылет лопасти, град , попадание птицы и блокировку или выносливость. Летные испытания проводились в Викторвилле, Калифорния , и распространялись до Сиэтла , Колорадо-Спрингс, Колорадо , Фэрбанкса, Аляска , и Юмы, Аризона . [20]
К 4 января 2019 года было завершено восемь испытательных полетов и 55 часов работы. [21] В конце января корпус турбины и задняя стойка рамы были повреждены во время испытания на вылет лопаток , и соответствующие компоненты были перепроектированы. В начале мая программа летных испытаний была завершена после 320 часов работы, в течение которых было установлено сжигание топлива на большой высоте . Двигатели были модифицированы до окончательного стандарта сертифицированной конфигурации перед первым полетом 777X, который был отложен сверх ранее ожидаемого 26 июня из-за проблемы со статором в передней части 11-ступенчатого компрессора высокого давления . Перед сертификацией окончательные испытания включали полное испытание на прочность блока, заменившее обычное испытание «тройной красной линии» при максимальной EGT и обеих скоростях ротора, поскольку современные двигатели с высокой степенью двухконтурности не могут достичь всех максимальных условий вблизи уровня моря. [22] Перепроектирование статора компрессора высокого давления задержало сертификацию двигателя на осень, что задержало первый полет 777X до января 2020 года. [8]
25 января 2020 года GE9X совершил свой первый полет на 777X, пролетев 3 часа 52 минуты, прежде чем приземлиться на Boeing Field. 28 сентября GE объявила о своем сертификате типа FAA , поскольку восемь испытательных двигателей завершили 8000 циклов и 5000 часов работы. Для одобрения ETOPS требовалось завершить 3000 циклов наземных испытаний в качестве требования для ввода в эксплуатацию. [23]
В 2022 году другая проблема с GE9X приостановила испытания 777X. [24]
GE9X увеличивает топливную эффективность на 10% по сравнению с GE90. [1] Его общее отношение давлений 61:1 должно помочь обеспечить удельный расход топлива (TSFC) на 5% ниже, чем у XWB-97, при расходах на техническое обслуживание, сопоставимых с GE90-115B. [6] Первоначальная тяга в 105 000 фунтов силы (470 кН) будет сопровождаться вариантами с пониженной тягой в 102 000 и 93 000 фунтов силы (450 и 410 кН). [13] GE инвестировала более 2 миллиардов долларов в его разработку. Его гондола имеет ширину 184 дюйма (4700 мм). [25]
Большая часть повышения эффективности достигается за счет лучшей эффективности тяги вентилятора с более высоким коэффициентом двухконтурности. [12] Планируется, что коэффициент двухконтурности составит 10:1. [ 2 ] Вентилятор размещен в корпусе диаметром 134 дюйма (340 см). [26] GE9X имеет 16 лопастей , тогда как у GE90 аналогичного размера их 22, а у меньшего GEnx — 18. Меньшее количество лопастей вентилятора снижает вес двигателя, улучшает аэродинамическую эффективность и позволяет вентилятору низкого давления (LP) и усилителю вращаться быстрее, чтобы лучше соответствовать своей скорости турбине LP. Лопасти вентилятора имеют стальные передние кромки и стекловолоконные задние кромки для лучшего поглощения ударов птиц с большей гибкостью, чем у углеродного волокна. [5] Композитные материалы из углеродного волокна четвертого поколения , составляющие большую часть лопастей вентилятора, делают их легче, тоньше, прочнее и эффективнее. [27] GE9X также использует корпус вентилятора из композитного углеродного волокна, впервые разработанный для GEnx, для дальнейшего снижения веса. [28]
Компрессор высокого давления (HP) на 2% эффективнее. [12] Поскольку вентилятор GE90 размером 129,5 дюйма (329 см) оставлял мало места для улучшения степени байпаса, GE искала дополнительную эффективность, увеличив общую степень давления с 40 до 60, сосредоточившись на повышении степени сердечника высокого давления с 19:1 до 27:1, используя 11 ступеней компрессора вместо 9 или 10 и камеру сгорания третьего поколения с двойным кольцевым предвихревым завихрением (TAPS) вместо предыдущей двойной кольцевой камеры сгорания. Способные выдерживать более высокие температуры, керамические матричные композиты (CMC) используются в двух вкладышах камеры сгорания, двух соплах и кожухе от кожуха турбины LEAP CFM International stage 2. CMC не используются для лопаток первой ступени турбины, которые должны выдерживать экстремальные температуры и центробежные силы. Это усовершенствования, запланированные для следующего поколения технологий двигателей. [29]
Кожух турбины высокого давления первой ступени , сопла турбины высокого давления первой и второй ступени , а также внутренняя и внешняя облицовки камеры сгорания изготовлены из ККМ, только статических компонентов, работающих при температуре на 500 °F (260 °C) выше, чем у никелевых сплавов с некоторым охлаждением. [12] ККМ имеют вдвое большую прочность при весе в три раза меньшем, чем у металла, и требуют на 59% меньше охлаждения. [6] Всего в двигателе 65 компонентов ККМ, больше, чем у любого коммерческого авиационного двигателя на момент его внедрения.
Компрессор спроектирован с использованием 3D- аэродинамики , а его первые пять ступеней — это блиски , комбинированные лопаточно-дисковые. Камера сгорания работает на обедненной смеси для большей эффективности и 30% запаса по NOx для CAEP/8. Компрессор и турбина высокого давления изготовлены из порошкового металла . Аэродинамические поверхности турбины низкого давления, изготовленные из титанового алюминида (TiAl), прочнее, легче и долговечнее деталей на основе никеля . [26] 3D-печать используется для изготовления деталей, которые в противном случае было бы невозможно изготовить с использованием традиционных производственных процессов. [27]
В августе 2024 года будет поставлен первый серийный двигатель с новой конструкцией камеры сгорания. [30] [31]
Сопутствующее развитие
Сравнимые двигатели
Связанные списки
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )