GE90 жоғары өткізгіштігі бар турбовентиляторлық қозғалтқышы

Кіріспе

Жоғары айналмалы турбовентиляторлы авиациялық қозғалтқыш

{|Infobox авиациялық қозғалтқыш
|түрі = Турбовентиляторлы
|ұлттық шығу тегі = АҚШ
|өндіруші = GE Aerospace
|алғашқы сынақ = 1993 жылдың наурызы
|негізгі қолданылуы = Boeing 777
|шығарылған саны = 2020 жылдың шілдесіне дейін 2800 дана, кейін 2020 жылдың қаңтарында одан кейінгі GE9X үлкенірек диаметрлі желдеткішімен басып өтті. Дегенмен, GE90 115B, ең соңғы түрі, GE9X-тен жоғары тартылу күшімен (115 000 фунт) жұмыс істеуге арналған.

Өмірбаян

1980 жылдардың басында GE иіндіксіз желдеткішті (UDF) қозғалтқышты әзірлеуді бастады, ол 1979 жылғы мұнай дағдарысынан кейін қысқа қашықтыққа ұшатын ұшақтарды тиімдірек қозғалту үшін перспективті ұсыныс саналды. 1984 жылдың ақпанында NASA GE-ге зерттеулерді жалғастыру үшін грант берді, нәтижесінде эксперименталды GE36 құрылды. Қозғалтқыштың маңызды жаңалықтарының бірі – көміртекті талшықтан жасалған желдеткіш қанаттары болды, олар дәстүрлі материалдардан жеңіл және берік болды. Дегенмен, UDF сол кездегі турбожелдеткіштерге қарағанда сенімділігі төмен еді, жанармай бағасының төмендеуі қозғалтқышты дамытудың қымбаттығын азайтып, компания GE36 Францияның Snecma компаниясымен бірлесіп жасаған, өте табысты CFM56 қозғалтқышының сатылымын кемсітеді деп алаңдады. GE Aviation бағдарлама үшін Snecma (Франция, 24%), IHI (Жапония) және Avio (Италия) компанияларымен бірікті. GE90, Pratt & Whitney және Rolls Royce ұсынған PW4000 және Trent 800 қозғалтқыштарымен күшті бәсекелестікке тап болды. GE90-ның маңызды жаңалығы – оның 22 көміртекті талшықтан жасалған желдеткіш қанатын пайдалануы болды, бұл технология алғаш рет GE36 үшін әзірленген. Бұл қанаттар дәстүрлі титан қанаттарына қарағанда үш есе жеңіл, екі есе берік болды. 22 желдеткіш қанаты – GE-нің бұрынғы үлкен турбожелдеткіші CF6-да қолданылған 38 қанаттан айтарлықтай азайды, GE90-ның үлкен диаметріне қарамастан. Желдеткіш қанаттарының санының азаюы қозғалтқыштың салмағын азайтып, аэродинамикалық тиімділігін арттырады. 777 ұшағын жабдықтау бойынша күшті бәсекелестікке байланысты GE, GE90-ды басқа ұшақтарда қолдануға тырысты. Осы кездегі бас директор Брайан Х. Роу Airbus A330 үшін GE90 әзірлеуге қаржы жұмсауға тікелей ұсыныс жасады, бірақ Airbus бұл жоспарды қабылдамай, ұзақ қашықтыққа арналған төрт қозғалтқышты A340-қа назар аударды. 1990 жылдардың соңында Boeing 777, 777 200LR және 777 300ER ұшақтарының аса ұзақ қашықтықтағы нұсқаларын әзірлеуді бастады. Бұл ұшақтар үшін күштірек қозғалтқыш қажет болды, нәтижесінде Boeing пен қозғалтқыш өндірушілері арасында келіссөздер өтті. General Electric GE90 115B қозғалтқышын жасауды ұсынды, ал Rolls Royce Trent 8104 қозғалтқышын жасауды ұсынды. 1999 жылы Boeing бәсекелес ұсыныстарды жеңіп, General Electric компаниясымен келісім жасағанын жариялады.

In the early 1980s, GE began to develop an unducted fan (UDF) engine, which was thought to be a more fuel efficient option to propel short haul airliners, a compelling proposition after the 1979 oil crisis. NASA gave GE a grant in February 1984 to continue its research, eventually building the experimental GE36. One of the major innovations for the engine were its carbon fiber composite fan blades, which were both lighter and stronger than traditional materials. However, the UDF was less reliable than the turbofans of the era, lower fuel costs made the cost of developing the engine less attractive, and the company was worried the GE36 would cannibalize sales of the highly successful CFM56 engine it had co developed with Snecma of France. GE Aviation teamed with Snecma (France, 24%), IHI (Japan) and Avio (Italy) for the program. The GE90 would face stiff competition as Pratt & Whitney and Rolls Royce would also offer engines for the 777, the PW4000 and Trent 800, respectively. The major innovation of the GE90 was that it used 22 carbon fiber composite fan blades, technology first developed for the GE36. These blades provided double the strength at one third the weight of traditional titanium fan blades. The 22 fan blades were a significant reduction from the 38 blades used in GE's prior large turbofan, the CF6, despite the greater diameter of the GE90. Having fewer fan blades reduces the engine weight and improves aerodynamic efficiency. With the stiff competition to equip the 777, GE tried to branch out and use the GE90 for other aircraft. Then CEO Brian H. Rowe went so far as to offer to pay for the development of the GE90 for the Airbus A330, but Airbus rebuffed the plan, instead choosing to focus on the four engine A340 for the long haul market. In the late 1990s, Boeing began developing ultra long range variants of the 777, the 777 200LR and 777 300ER. For these aircraft a more powerful engine in the thrust class of was required, leading to talks between Boeing and engine manufacturers. General Electric offered to develop the GE90 115B engine, while Rolls Royce proposed developing the Trent 8104 engine. In 1999, Boeing announced an agreement with General Electric, beating out rival proposals.

Дизайн

GE90-дың 10 сатылы жоғары қысымды компрессоры сол кездегі өнеркәсіптік рекордты құраған 23:1 қысым арақатынасына жетті және 2 сатылы, ауамен салқындатылған Жоғары қысымды турбинамен (HP турбинасымен) қозғалады. Желдеткіштің тікелей артында орналасқан 3 сатылы төмен қысымды компрессор өзектің қуатын арттырады. Желдеткіш/Төмен қысымды компрессор (ЖЖК) 6 сатылы төмен қысымды турбинамен қозғалады. Жоғары итермелі нұсқалары, GE90 110B1 және 115B, бұрынғы GE90 нұсқаларынан өзгеше архитектураға ие. General Electric компаниясы композиттік материалдардан жасалған, үлкен диаметрлі, жаңа желдеткішті енгізді, ол төменгі ұшу жылдамдықтарында итермелікті арттырды. Дегенмен, GE жоғары ұшу жылдамдықтарындағы таза итермелікті жақсарту үшін өзектің қуатын да арттыру қажет болды. Осыған байланысты GE өзектің сыйымдылығын арттыруды шешті, бұл жоғары қысымды компрессордың артқы жағынан бір сатыны алып тастау және төмен қысымды компрессорға қосымша саты қосу арқылы жүзеге асырылды, бұл жоғары қысымды компрессордың қысым арақатынасының төмендеуін толығымен өтеді және өзектің массалық ағынының таза өсуіне әкелді. Жоғары итермелі GE90 нұсқалары – роторлық пернелері бар алғашқы өндірістік қозғалтқыштар. GE90 115B-дегі 22 желдеткіштің әрқайсысының ұзындығы 4 фут (1 метр) және массасы 1 кг-нан кем.

Пайдалану тарихы

Жаңа Boeing 777 ұшағы үшін қол жетімді үш қозғалтқыштың бірі ретінде GE90, Pratt & Whitney және Rolls Royce компанияларының ұсыныстарынан айырмалы, толығымен жаңа, 2 миллиард долларлық жоба болды, ал олардың ұсыныстары – бұрынғы қозғалтқыштардың жаңартылған нұсқалары еді. Екі GE90-77B қозғалтқышы бар ұшақ бес күннен кейін қызметке түсті, ал ұшу кезіндегі тоқтау көрсеткіші (IFSD) миллион ұшу сағатына бір рет болатын. 2020 жылдың шілдесінде 2800 қозғалтқыштан тұратын парк 100 миллион сағаттан асып, 70 оператор үшін 1200-ден астам ұшақты қуатпен қамтамасыз етті, жөнелту сенімділігі 99,97% құрады. Толық жөндеудің құны 12 миллион доллардан аспайды.

Жазбалар

GE90 115B қозғалтқышының күші, басқа үш қозғалтқышы бос жүрісте тұрғанда, GE Boeing 747 100 сынақ ұшағын ұшуға жетеді, бұл қасиет ұшу сынағы барысында көрсетілді. Гиннес рекордтар кітабына сәйкес, қозғалтқыш ұшақ қозғалтқыштары арасындағы ең жоғары итермелеу рекордын (қызметтегі қозғалтқыштың максималды итермелеуі – оның номиналды итермелеуі) белгіледі. Бұл рекорд GE Aviations компаниясының Пиблс сынақ орталығында (Peebles Test Operation), Огайо штатының Пиблс қаласының жанындағы ашық сынақ кешенінде GE90 115B дамыту қозғалтқышын пайдалану арқылы өткізілген бір сағаттық үш қызыл сызық қозғалтқышқа жүктеме түсіру сынағының нәтижесінде кездейсоқ орын алды. Ол қозғалтқыштың бұрынғы Гиннес рекордын арттырды. 2017 жылдың 10 қарашасында оның ізбасары GE9X Огайо штатының Пиблс қаласында одан да жоғары итермелеу рекордын – тіркеді. Бастапқы GE90 желдеткіш білігінің конструкциялық жүктемелері жұмыс кезіндегі моментке және желдеткіш қанатының ажырауына байланысты едәуір арттырылды. Желдеткіш білігінің бұрылу және иілу кернеулерінің өсуіне байланысты, бұрын авиациялық қозғалтқыштарда қолданылмаған GE1014 болат қорытпасы қажет болды. Желдеткіш білігіне едәуір ұзын тісті байланыс керек болды және қажетті жоғары өңдеу дәлдігін сақтау қиындық тудырды. 2003 жылдың қазан айында Boeing 777 300ER ұшағы бір қозғалтқышы өшірілген күйде бес жарым сағат (330 минут) ұшу арқылы ETOPS рекордын жаңартты. GE90 115B қозғалтқыштарымен жабдықталған ұшақ ETOPS сертификаттау бағдарламасы аясында Сиэтлден Тайваньға ұшты. 2005 жылдың 10 қарашасында GE90 екінші рет Гиннес рекордтар кітабына енді. GE90 110B1 коммерциялық авиалайнерлер арасындағы ең ұзақ ұшу кезінде 777 200LR ұшағын қамтамасыз етті, бірақ ұшуда билет алған жолаушылар болмады, тек журналистер мен шақырылған қонақтар болды. 777 200LR ұшағы 22 сағат 22 минутта 21602 км (13423 миль) қашықтықты ұшып өтті, Гонконгтан Лондонға "ұзақ жолмен" – Тынық мұхиты арқылы, АҚШ материгі арқылы, содан кейін Атлантика арқылы Лондонға ұшты.

Оқиғалар

2004 жылдың 11 тамызында British Airways компаниясының 2024 рейсімен Boeing 777 200ER ұшағының GE90 85B қозғалтқышы Хьюстонның Джордж Буш халықаралық әуежайынан ұшып шығар кезінде істен шықты. Ұшқыштар ұшып көтерілгенде шу мен дірілді байқады, бірақ көтерілуді жалғастырды. 1500 фут (457 метр) биіктікте олар кабинада түтін мен тұманды байқады, ал кабина экипажы кабинаның түтінге толып жатқанын хабарлады. Олар дереу авариялық қону үшін әуежайға қайтып келді. Сарапшылардың қорытындысы бойынша, 2-ші сатыдағы турбина қанаты өз білігінен бөлініп, соңғы қанаттарға зақым келтіріп, дірілге себеп болды. Бөлшектер қозғалтқыш корпусының ішінде қалды. 2012 жылдың 28 мамырында Торонтодан Токиоға бағыт алған Air Canada 777 300ER ұшағының GE90 115B қозғалтқышы 1500 фут (457 метр) биіктікте істен шығып, қауіпсіз жерге қонды. Жерде қозғалтқыштан бөлшектер табылған. 2015 жылдың 8 қыркүйегінде British Airways рейсі 2276 рейсімен Boeing 777 236ER ұшағының GE90 85B қозғалтқышы Лас-Вегас Маккарран әуежайында ұшып көтерілу кезінде толығымен істен шығып, өртке әкелді. NTSB және FAA оқиғаның себебін анықтау үшін тергеу бастады, алғашқы қорытындылар 2015 жылдың қыркүйегінде жарияланды. 2016 жылдың 27 маусымында Сингапур әуе компаниясының 368 рейсімен Boeing 777 300ER ұшағының GE90 115B қозғалтқышы ұшу кезінде қозғалтқыш майының жетіспеуі туралы ескерту алды және Сингапур Чанги әуежайына қайтып келді. Қону кезінде істен шыққан оң жақ қозғалтқыш өртеніп, қозғалтқыш пен қанат өрттен зақымданды.

Трансферлік беріліс қорының ақаулары

FAA 2013 жылдың 16 мамырында әуеге лайықтылық туралы директива шығарды және оны General Electric GE90 110B1 және GE90 115B турбовентиляторлық қозғалтқыштардың иелері мен операторларына жіберді. Бұл жедел директива екі ауыстыру қорабының (TGB) бұзылуы туралы хабарламаларға байланысты болды, нәтижесінде ұшу кезінде қозғалтқыштар тоқтады (IFSD). Тергеу көрсеткендей, бұзылулар TGB радиалды тістің жарылуынан және бөлінуінен туындаған, бұл өндіріс процесі мен жұмыс кезіндегі жүктемелердің күшін біріктіру нәтижесінде болды. Қосымша тексерулерде жарықтары бар тағы екі радиалды тіс табылды. Егер бұл жағдай түзетілмесе, бір немесе бірнеше қозғалтқыштардың қосымша IFSD-ге ұшырауы, итергіш күшті бақылау жоғалтуы және ұшаққа зақым келтіруі мүмкін. Әуеге лайықтылық туралы директива директиваны алғаннан кейін бес күн ішінде түзету шараларын қабылдауды талап етеді. Барлық зақымдалған модульдер ауыстырылды.

Сипаттамалар

+ GE90 типтік сертификат деректер парағының нұсқасы 76B/ 77B/ 85B/ 90B/ 94B 110B1/ 113B/ 115B Типі: Екі роторлы, осьтік ағынды, жоғары өткізгіштік турбовентилятор. Компрессор: 1 желдеткіш, 3 сатылы ТТ (Төмен қысым), 10 сатылы ЖҚ (Жоғары қысым). 1 желдеткіш, 4 сатылы ТТ, 9 сатылы ЖҚ. Турбина: 2 сатылы ЖҚ, 6 сатылы ТТ. Ұзындығы: Максималды ені: Максималды биіктігі: Желдеткіш диаметрі: Салмағы: Теңіз деңгейінен 827 фут биіктікте сынақтарда ұшу жылдамдығы бойынша әлемдік рекорд 8.4 9 9 Қысым коэффициенті. Круиздік TSFC (76B) немесе (85B).

GEnx

Boeing 787 Dreamliner және 747-8 ұшақтары үшін жасалған GEnx қозғалтқышы, GE90 қозғалтқышының кішірек ядролық нұсқасынан туындаған, бұл қозғалтқышта да иілген роторлық қанаттары бар желдеткіш орнатылған.

GP7000

GE Aviation компаниясы Pratt & Whitney компаниясымен бірлесіп Engine Alliance деген бірлескен кәсіпорын құрды, оның шеңберінде компаниялар Airbus A380 ұшағы үшін GP7000 деп аталған қозғалтқышты GE90 110B/115B қозғалтқышының өзегінің 0,72 масштабтық ағыны негізінде жасады.

GE9X

2012 жылдың ақпан айында GE компаниясы жаңа Boeing 777 8X/9X ұшақтарын қуаттандыруға арналған, GE9X деп аталған, 10%-ға артық тиімділігі бар ұрпақ ұшақ қозғалтқышын жасау бойынша зерттеулер жүргізілетінін хабарлады.

LM9000 - жаңалық

LM9000 – екі нұсқада қол жетімді аэродинамикалық газ турбинасы; суды күшейтусіз LM9000 жылуды бірге өндіруге дейін 42,4% тиімділікпен, ал суды күшейтумен LM9000 – 42,7% тиімділікпен жұмыс істейді. Қозғалтқыштың 33:1 қысым қатынасы 4 сатылы төмен қысымды компрессордан және одан кейін 9 сатылы жоғары қысымды компрессордан тұрады, олар 2 сатылы жоғары қысымды турбина және 1 сатылы төмен қысымды турбина арқылы 4 сатылы еркін турбинаны қозғалтады.