2023-07-09 09:01:25 条浏览
GE90发动机是由通用电气公司(GE)下属的GEAE(通用电气航空发动机公司)研制的高涵道比商用超大推力涡扇发动机。GE90-115B这一型号的发动机是吉尼斯世界纪录所记载的世界上推力最大的航空发动机,地面台架试验中曾经达到过56.9吨的最大推力。
GE90系列发动机的先进技术以及新的性能增强特性,如三维气动(3-Daero)压气机、宽弦后掠复合材料风扇叶片等使效率大大提高。双环腔燃烧室的碳氢化合物排放低于目前国际标准限值60%多。
最大十一万五千磅的推力差不多是波音737发动机(CFM56)的五倍,最大起飞总重为247吨的波音777宽体客机只装有两台GE90,推力之大可想而知,美国傲视全球的发动机技术打造出了这一款超大推力发动机,无论其他国家,无论军用民用(普通战斗机发动机推力也就十几吨),无论是什么类型的发动机,目前都无法达到这一推力水平,它是目前推力最大的航空发动机。
通用电气GE9X,其在7月份刚刚以134300磅创下新的吉尼斯推力世界纪录,这也打破了前款发动机GE90-115B创下的127900磅推力世界纪录。通用电气为了研发GE9X投入超过20亿美元,约合140亿人民币。
GE9X是专门为波音777X研制的一款高涵道比涡扇发动机,它就是在GE90的基础上研发而成,其风扇叶尖直径高达3.4米,是目前世界上最大的发动机风扇。GE9X拥有一级超大直径风扇、三级增压压气机、十一级高压压气机、第三代双环预混涡流器(TAPS)燃烧室、二级高压涡轮和六级低压涡轮。
GE9X的涵道比高达10.3、总压比也高达61,推力能达到454kN的水平,耗油率也比前代产品降低了百分之十。可以说GE90一开始就是为波音777的配型而生。在2016年4月,通用电气便完成了GE9X的首次测试,进行了375个循环和335个测试小时,并验证了它的空气动力性能、机械系统等。2017年通用电气完成了GE9X的结冰测试。
GE9X比GE90要大,因此在飞行测试的时候只能选择新的747-400型测试机。波音公司还专门改装了一下747-400的测试机,即使这样,GE9X的离地间隙也不过0.46米。整体而言GE9X的燃油效率提升了10%。通用电气在GE9X上使用了很多新技术,其中第一级和第二级高压汽轮机喷嘴以及燃烧器内外衬层都使用了陶瓷基复合材料(CMC),它在某些冷却条件下,工作温度比镍合金高出260摄氏度。而CMC材料的强度是金属的两倍,重量仅为金属的三分之一。GE9X的风扇叶片也采用第四代产品,这大为提升了叶片的强度。
在大型民用高涵道比涡扇发动机中,目前推力最大的是美国通用电气公司的GE90系列航空涡扇发动机,2002年,该型发动机在一次1小时的三重红线发动机压力测试中,最高推力达到了569kN(约58.02吨),无意中创造了世界上航空发动机的最大推力记录,不过,这个记录在前两年已经被刷新了,2017年11月10日,GE90的后续型号GE9X航空发动机在俄亥俄州的皮布尔斯测试工厂测出了597千牛(约60.89吨)的推力,打破了在此之前由GE90-115B航发创造的推力记录。
▲GE9X航空发动机
但是为什么仍然说GE90系列的航空发动机才是世界上推力最大的航发呢?因为GE9X虽然在测试中创造了目前世界上的最大推力记录,但是其初始额定推力只有470千牛(约47.93吨),后续降额型号的推力更是只有450千牛(45.89吨)和410千牛(41.81吨),而GE90系列航空发动机中的-110B1、-113B和-115B几种型号,她们的额定推力在492.7~513.9千牛(50.24~52.4吨),所以,从额定推力上去对比的话,那么目前世界上推力最大的仍然是通用电气公司的GE90-115B航空发动机。
▲波音777上的GE90-115B航空发动机如果是讨论战斗机上的小涵道比军用航空发动机的话,那么现阶段推力最大的则是美国普惠公司的F135涡扇发动机,也就是F-35战斗机上面使用的那种,其前级型为F-22战斗机上面的F119航空发动机,其中F135-PW-100用于F-35A和F-35C这两种常规战斗机,而F135-PW-600则是用于可以短距起飞和垂直降落F-35B(F-35B的实际意义就是短距起飞+垂直降落,至于垂直起降,则是对飞机的载荷有更高的要求),F135-PW-100在不开加力时,推力为128千牛(约13.05吨),开加力的情况下,最大推力则是可以达到191千牛(约19.48吨)。
▲测试中的F135-PW-100
不过,F135的升级型号F135GrowthOption1,据说可以在减少5~6%的燃油消耗的同时,带来6~10%的推力提升,也就是说,理论上升级款的F135GrowthOption1开加力时的最大推力超过了21吨,所以,短时间来看,在航空发动机这一领域上,美国仍然是一枝独秀的存在,短时间内不可能有国家动摇老美的地位。
目前,全球推力最大的涡扇发动机是GE航空集团的GE9X发动机,前不久刚刚刷新了吉尼斯世界纪录(其实是2017年测试的、2019年7月颁发的证书),该发动机测试推力达到了134300磅(约合60.9吨),打破了自家2002年产的GE90-11B发动机保持的127900磅(约合58吨)的纪录!
GE9X发动机的推力大所以尺寸也大,其风扇直径为134英寸(3.4米),进气道直径为4.5米,比C919大飞机的机身直径(3.96米)还要大54厘米,当然,GE9X能有如此大的推力和尺寸,与其大涵道比也有一定的关系(10:1)!
▲GE9X发动机尺寸和波音937的对比
值得一提的是,原先GE9X发动机的设计推力“只有”100000磅(约合45吨),但实际在实际测试中推力却达到了134300磅,也就是61吨,这说明GE9X发动机在设计上有很大的冗余,同时还有很大的提升空间!
那航空发动机达到61吨的推力是个什么感念呢?目前全球推力最大的战斗机所用涡扇发动机是F-35战机所用的F-135发动机,设计最大推力为18吨,在去年的测试中达到了20吨,也就是说一台GE9X就能3倍于全球最大的战斗机所用发动机,更是涡扇-10B发动机(13.5吨)的4.5倍!
另外,全球起飞重量最大(640吨)的安-225大型运输机使用的是6台推力23吨的D-18发动机,如果换用GE9X发动机之后,理论上只需要2.2台就能以最大重量起飞;而我们的运-20用的是4台推力12.5吨的D-30KP-2涡扇发动机,理论上一台GE9X就能使满载的运-20起飞,而且还有11吨的推力冗余(当然,这些都只是理论数据推测,实际上无法安装)!
不仅如此,我们的航空涡扇发动机,不管是大涵道比的涡扇-20、长江-1000,还是小涵道比的涡扇-10、涡扇-15,它们的最大推力都还未超过20吨!由此,我们不得不佩服GE航空集团推力能够达到61吨的GE9X发动机,这也说明我们在航空发动机上还要很长的路要走!
GeneraI.EIectric-GE-90-115B是美国通用电气公司旗下GEAE设计生产制造的一型高涵比涡扇发动机、该型号发动机自重9吨、发动机进气口直径达到3.43米、最大推力达到56.9吨是世界上推力最大的涡扇发动机也是吉尼斯世界记录保持着!
该型号涡扇发动机叶片采取特殊外形设计、为了应对大扭力“通用”公司专门研制了特种合金钢材料。
(GE90-115B高涵吧大推力涡扇发动机)(GE90-115B高涵道涡扇发动机是波音777-300FR客机的标配动力配置)(列第二位的是“通用”公司的/GE-9X推力48吨)(PW4000-112涡扇发动机)(“普惠”公司的Pw4000-112系列高涵比涡扇发动机推力44.92吨、该型号发动机是在JT9D基础上升级产品)PW4000-112也是波音777系列/波音747系列客机的被选动力配置。