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制造商谋略:GE9X的研发之路
来源:中国民航网2020-07-10 13:41:00

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波音777-300ER的后继机型什么时候推出?早于波音公司未雨绸缪的是GE航空集团。

波音777系列飞机早期的动力是由GE90、遄达800和普惠PW4000提供的。2000年后,随着波音推出777长航程型号飞机之后,GE90逐渐成为该系列飞机中最畅销的发动机。波音777-300ER飞机推出时,波音公司选用了GE90-115B发动机作为唯一动力,这使得GE航空集团在双发宽体机动力市场成为领先者。

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提前准备

2004年,空客公司宣布了空客A350系列飞机的研制计划,针对的就是波音777和波音787的目标市场。GE航空集团考虑到波音公司会有应对之举,于是在2010年就开始了对GE9X发动机的预研工作。1年后的2011年9月,波音公司公开了777X的研制计划,随后引发了GE、罗罗和普惠三大发动机制造商在双发宽体客机动力系统领域的新一轮竞争。在2013年11月的迪拜航展上,随着波音公司正式宣布启动777X飞机项目,GE航空集团的GE9X发动机也成为777X系列飞机的唯一动力选择。成功属于那些有准备的人,这也使得GE航空集团在双发宽体客机动力领域持续保持着领先地位。

关注客户是GE航空集团研发产品的重要理念之一。再好的技术应用到新的产品上,最终是为了给客户带来效益,让客户满意,不能为创新而创新。GE9X发动机的技术风险小,维护保障体系延续性好等优势,应该是GE9X胜出的重要原因。

GE航空集团从2013年起正式开始GE9X的研制工作,采用了RRSP(风险共担收益共享)的方式。参与研制的公司有法国赛峰集团旗下的斯奈克玛发动机公司和航空航天技术公司,德国的MTU发动机公司和日本的石川岛播磨重工(IHI)公司。

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技术创新

GE9X发动机的主体结构包括1级风扇、3级低压压气机、11级高压压气机、燃烧室、2级高压涡轮和6级低压涡轮。风扇直径达到3.4米,堪比波音737的最大横截面直径。2018年3月14日,GE航空集团将其生产的用于取证的第4台GE9X发动机装在波音公司的一架747-400飞机上进行试飞。2017年11月10日,在GE航空集团位于美国俄亥俄州的皮伯斯(Peebles)测试中心,GE9X发动机在测试中达到了134300磅的推力,打破了自2002年以来一直由GE90-115B发动机保持的127900磅推力的世界纪录。这一记录在2019年7月12日GE航空集团在俄亥俄州总部举行100周年庆典时,获得了吉尼斯世界纪录的确认。

GE9X发动机的技术亮点体现在高效的空气动力设计、先进材料的应用和数字化等方面。其采用的第四代碳纤维增强树脂基复合材料制作的风扇叶片,数量只有16片,是目前世界上所有大涵道比涡扇发动机中叶片厚度最薄、用量最少的(GE90-115B发动机风扇叶片数量是22片,GEnx发动机是18片),叶片的前缘包边材料从钛合金换成了钢,加强了叶片的强度。另外,它还采用了轻质复合材料风扇机匣。这些都有效地减轻了发动机的重量。

GE9X发动机采用超高增压比的高压压气机,其基于GE航空集团的eCore核心机技术设计,采用第4代粉末合金材料制造。前5级采用整体叶盘结构,涵道比为10:1,增压比达到27:1(GE90-115B的增压比是23:1)。加上3级低压压气机使得总增压比达到60:1,是目前世界上总增压比最高的大涵道比涡扇发动机。

GE9X发动机采用第3代低排放TAPS III(双环腔预混旋流)技术的燃烧室。燃烧室内外衬套都采用超轻质、耐热的CMC(陶瓷基复合材料)。新技术和新材料使得空气和燃油在燃烧前混合更为充分,燃烧室进口温度升高,效率提高,碳氧化合物的排放比CEAP/8标准降低了30%。CMC材料还用于第1、2级高压涡轮静子部件、第2级高压涡轮转子叶片的制造,大大地减轻了重量。

GE9X发动机引入了3D打印(增材制造)技术,如19个燃油喷嘴均由3D打印技术制造完成,上一代的燃油喷嘴需要20个部件焊接而成,新的燃油喷嘴因3D打印实现了一体化制造,耐用性是前者的6倍,重量也降低了25%。

数字化革命

这些新技术的应用,保证了GE9X发动机的性能指标。而GE航空集团多年来大力推进的数字化革命,更是让GE航空集团能够在生产每一台GE9X发动机时,都能够记录下来每台发动机独有的海量数字信息,形成每台发动机所特有的数字信息库,这就像人类的指纹信息或“遗传基因”数据一样,独一无二。这样可以对每一台发动机进行数字识别。在发动机投入运营后,一旦出现某一类的问题,GE航空集团就可以通过大数据分析来快速锁定具有类似基因的发动机,从而可以提前和相关的航空公司一起进行处理和有效的防范,再也不需要像过去那样一台一台的进行检查和监控,这样不仅提高了发动机的安全性,更大大地提高了航空公司的运营效率,降低了维护成本。

GE9X的设计目标是耗油率比GE90-115B降低10%,比其竞争对手的发动机耗油率要降低6%。发动机的噪声水平也有所降低(相较于GE90-115B噪音降低了9分贝),维护费用大体和GE90系列相当。

GE航空集团为777X试飞取证工作已经向波音公司交付了10台GE9X发动机(8台装机,2台备份)。截至2020年1月,GE9X已经完成了超过4100小时的地面和空中测试以及6500次发动机循环,这包括在波音747-400空中试车台上进行的72次,共计超过400飞行小时的飞行测试。GE航空集团目前赢得了来自8家客户的700余台GE9X发动机订单。首份订单于2013年11月在迪拜航展上宣布,阿联酋航空公司以150架777X的承诺订单成为777X的启动用户。GE9X的投资费用没有得到正式的答复,但估计总投入要在十几亿美元量级。(肖治垣 作者系中国航空器拥有者及驾驶员协会副理事长)

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