Турбовентиляторный двигатель General Electric GEnx: конструкция и применение.
General Electric GEnx
Двигатель GEnx от GE Aerospace: характеристики, применение на Boeing 747 и 787, технологии (композитные лопасти, компрессор). Высокий КПД и надежность.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Турбовентиляторный реактивный двигатель
Turbofan jet engine
Двигатель General Electric GEnx ("General Electric Next generation") – это современный двухроторный, осевой, турбовентиляторный реактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности, серийно выпускаемый компанией GE Aerospace для самолетов Boeing 747-8 и 787. GEnx пришел на смену двигателю CF6 в модельном ряду GE.
The General Electric GEnx ("General Electric Next generation") is an advanced dual rotor, axial flow, high bypass turbofan jet engine in production by GE Aerospace for the Boeing 747 8 and 787. The GEnx succeeded the CF6 in GE's product line.
Разработка
В 2016 году GEnx и Rolls Royce Trent 1000 были выбраны Boeing по итогам конкуренции между тремя крупнейшими производителями двигателей. GEnx использует некоторые технологии турбовентилятора GE90, включая смещенные композитные лопасти вентилятора и 10-ступенчатый компрессор высокого давления (HPC), применявшийся в более ранних модификациях двигателя. Двигатель внедряет композитные технологии в корпус вентилятора. Рынок двигателей для 787 оценивается в 40 миллиардов долларов США в течение следующих 25 лет. Новым решением стало исключение систем отбора воздуха, использующих воздух высокой температуры и высокого давления от силовых установок для питания бортовых систем, таких как системы запуска, кондиционирования и защиты от обледенения. Оба двигателя способствуют переходу к концепции "Более Электрического Самолета", то есть замене ранее гидравлических и пневматических систем на электрические для снижения веса, повышения эффективности и уменьшения требований к техническому обслуживанию. Ожидалось, что GEnx будет обеспечивать тягу от, при этом первые испытания начались в 2006 году, а ввод в эксплуатацию планировался на 2008 год (задержан из-за задержек в поставках 787). Boeing прогнозирует снижение расхода топлива до 20% и значительно более тихую работу двигателей по сравнению с современными турбовентиляторами. Модификация с увеличенной тягой (GEnx 2B67) будет использоваться на 747-8. В отличие от первоначальной версии для 787, эта версия оснащена традиционной системой отбора воздуха для питания внутренних пневматических и вентиляционных систем. Кроме того, ее общий диаметр будет меньше, чем у первоначальной модели, для обеспечения возможности установки на 747. В марте 2006 года General Electric начала первые стендовые испытания модификации GEnx без системы отбора воздуха. Первый полет с одним из таких двигателей состоялся 22 февраля 2007 года на Boeing 747-100, оснащенном одним двигателем GEnx в позиции №2 (внутренний левый борт). Осенью 2019 года General Electric предлагала GEnx 2B, разработанный для 747-8, для модернизированного варианта 767 XF на базе 767-400ER, но требовался достаточный объем заказов для покрытия расходов на сертификацию нового продукта.
As of 2016, the GEnx and the Rolls Royce Trent 1000 were selected by Boeing following a run off between the three big engine manufacturers. The GEnx uses some technology from the GE90 turbofan, including swept composite fan blades and the 10 stage high pressure compressor (HPC) featured in earlier variants of the engine. The engine carries composite technology into the fan case. The engine market for the 787 is estimated at US$40 billion over the next 25 years. A first is the elimination of bleed air systems using high temperature/high pressure air from the propulsion engines to power aircraft systems such as the starting, air conditioning and anti ice systems. Both engines enable the move towards the More Electric Aircraft, that is, the concept of replacing previously hydraulic and pneumatic systems with electrical ones to reduce weight, increase efficiency, and reduce maintenance requirements. The GEnx was expected to produce thrust from with first tests commencing in 2006 and service entry by 2008 (delayed by 787 deliveries). Boeing predicts reduced fuel consumption of up to 20% and significantly quieter engines than current turbofans. A thrust version (GEnx 2B67) will be used on the 747 8. Unlike the initial version for the 787, this version has a traditional bleed air system to power internal pneumatic and ventilation systems. It will also have a smaller overall diameter than the initial model to accommodate installation on the 747. In March 2006 General Electric began initial test runs of the bleedless GEnx variant. The first flight with one of these engines took place on 22 February 2007, using a Boeing 747 100, fitted with one GEnx engine in the number 2 (inboard left hand side) position. By fall 2019, General Electric was offering the GEnx 2B, developed for the 747 8, for the revised 767 XF variant based on the 767 400ER, but needed enough volume to cover the new product certification.
Эксплуатационная история
Введенный в эксплуатацию в конце 2011 года на грузовом самолете 747-8, Cargolux превысил один миллион часов налета в начале 2017 года. 31 августа 2012 года на двигателе GEnx 1B, установленном на Boeing 787, который еще не совершал полетов, было обнаружено указание на аналогичную трещину в средней части вала вентилятора. Средний вал вентилятора был демонтирован с двигателя для дальнейшего осмотра и обследования. В результате расследования NTSB установил, что средние валы вентиляторов двигателей GEnx подверглись разрушению или образованию трещин в передней части вала, в месте установки стопорной гайки. NTSB выдал срочные рекомендации по безопасности FAA, предписывающие проведение ультразвукового контроля на наличие трещин в среднем валу перед использованием двигателей GEnx, а также регулярные инспекции двигателя непосредственно на самолете для выявления трещин. Весной и летом 2013 года GE получил информацию о четырех грузовых самолетах 747-8F, у которых наблюдалось обледенение двигателей на высоте 12192 метра и выше. Наиболее серьезный инцидент произошел с грузовым самолетом AirBridgeCargo; 31 июля, на высоте 12497 метров над Китаем, экипаж отметил признаки помпажа в двух двигателях, а третий двигатель потерял значительную тягу. Пилотам удалось безопасно посадить самолет, однако двигатели получили повреждения. Среди возможных факторов указывались "уникальные конвективные погодные системы, такие как необычно крупные грозовые фронты, достигающие больших высот". Лопасти вентилятора имеют передние кромки из стального сплава, а композитный корпус вентилятора снижает тепловое расширение. Для снижения расхода топлива высококомпрессор с давлением 23:1 основан на GE90-94B, закрытые направляющие лопатки уменьшают вторичные потоки, а встречно вращающиеся роторы реактивных турбин снижают нагрузку на направляющие лопатки. Для снижения затрат на техническое обслуживание и увеличения ресурса двигателя роторы с меньшим количеством деталей достигаются за счет использования блисков на некоторых ступенях, малого количества лопаток на других ступенях и уменьшения общего числа ступеней; внутренняя температура двигателя снижается благодаря более эффективным методам охлаждения, а система удаления посторонних предметов внутри компрессора низкого давления защищает компрессор высокого давления.
Introduced in late 2011 on a 747 8 freighter, Cargolux surpassed one million flight hours in early 2017. On August 31, 2012, a GEnx 1B engine installed on a Boeing 787 that had not yet flown was found to have an indication of a similar crack on the fan midshaft. The fan midshaft was removed from the engine for further inspection and examination. As a result of investigative work the NTSB has determined that the fan midshafts on the GEnx engines fractured or cracked at the forward end of the shaft where the retaining nut is installed. The NTSB issued urgent safety recommendations to the FAA to require ultrasonic scans for midshaft fractures before use of GEnx engines and require repetitive on wing inspections of the engine to detect cracks. During the spring and summer of 2013, GE learned of four 747 8F freighters that suffered icing in their engines at altitudes of 40,000 feet (12192 m) and above. The most serious incident involved an AirBridgeCargo freighter; on July 31, while at an altitude of 41,000 feet (12497 m) over China, the flight crew noted two engines surging while a third lost substantial power. The pilots were able to land the plane safely but the engines were found to have sustained damage. Among the possible factors cited was "'unique convective weather systems' such as unusually large thunderstorms reaching high altitudes." Fan blades have steel alloy leading edges and the composite fan case reduces thermal expansion. To reduce fuel burn, the 23:1 pressure ratio high pressure compressor is based on the GE90 94B, shrouded guide vanes reduce secondary flows and counter rotating spools for the reaction turbines reduce load on guide vanes. To reduce maintenance cost and increase engine life, spools with lower parts count are achieved by using blisks in some stages, low blade counts in other stages and by using fewer stages; internal engine temperatures are reduced due to more efficient cooling techniques and debris extraction within the low pressure compressor protects the high pressure compressor.
Технические характеристики
+ Вариант 1B70 1B74/75 1B76/78 2B67B Применение 787 8 787 9 787 10 747 8 Диаметр вентилятора Компрессор 1 Вентилятор 4 LP 10 HP 1 Вентилятор 3 LP 10 HP Турбина 2 HP 7 LP 2 HP 6 LP Тяга на взлете Коэффициент двухконтурности на взлете 9.3 9.1 9.1 8.0 OPR на взлете 43.8 46.3 47.4 44.7 OPR на режиме набора высоты 53.3 55.4 58.1 52.4 Расход воздуха на взлете, сек. (от фланца до фланца) Номинальные обороты LP 2,560, HP 11,377 LP 2,835, HP 11,377 Сухой вес Отношение тяги к весу
+ Data sheet Variant 1B70 1B74/75 1B76/78 2B67B Application 787 8 787 9 787 10 747 8 Fan Diameter Compressor 1 Fan 4 LP 10 HP 1 Fan 3 LP 10 HPTurbine 2 HP 7 LP 2 HP 6 LP Takeoff thrust Takeoff Bypass ratio 9.3 9.1 9.1 8.0 Takeoff OPR 43.8 46.3 47.4 44.7 Top of climb OPR 53.3 55.4 58.1 52.4 Takeoff air per sec. Flange to flange Nominal RPM LP 2,560, HP 11,377 LP 2,835, HP 11,377 Dry weight Thrust/weight