Введение

Высокофорсажный турбовентиляторный авиационный двигатель

{|Инфобокс авиационного двигателя
|тип = Турбовентиляторный
|страна происхождения = США
|производитель = GE Aerospace
|первый запуск = Март 1993
|основные применения = Boeing 777
|количество построенных = 2800 к июлю 2020, пока не был превзойден в январе 2020 его преемником, GE9X, который имеет вентилятор большего диаметра. Однако, GE90 115B, самая последняя модификация, имеет расчетную тягу в 115 000 фунтов, что выше, чем у GE9X.

Предыстория

В начале 1980-х годов GE начала разрабатывать двигатель с открытым вентилятором (UDF), который считался более экономичным вариантом для самолетов ближнемагистральных авиалиний, что было весьма привлекательным предложением после нефтяного кризиса 1979 года. В феврале 1984 года NASA предоставило GE грант на продолжение исследований, в конечном итоге построив экспериментальный GE36. Одним из ключевых новшеств двигателя стали его лопасти вентилятора из углеродного волокна, которые были легче и прочнее традиционных материалов. Однако, UDF был менее надежным, чем турбовентиляторные двигатели того времени, а снижение цен на топливо сделало стоимость разработки двигателя менее привлекательной. Кроме того, компания опасалась, что GE36 может снизить продажи высокоуспешного двигателя CFM56, разработанного совместно с Snecma (Франция). GE Aviation объединилась с Snecma (Франция, 24%), IHI (Япония) и Avio (Италия) для реализации этой программы. GE90 столкнулся бы с серьезной конкуренцией, поскольку Pratt & Whitney и Rolls Royce также предлагали двигатели для 777 – PW4000 и Trent 800 соответственно. Главным новшеством GE90 стало использование 22 лопастей вентилятора из углеродного волокна, технология, впервые разработанная для GE36. Эти лопасти обеспечивали вдвое большую прочность при одной трети веса традиционных титановых лопастей вентилятора. 22 лопасти вентилятора – это значительное уменьшение по сравнению с 38 лопастями, использованными в предыдущем крупном турбовентиляторном двигателе GE, CF6, несмотря на больший диаметр GE90. Меньшее количество лопастей вентилятора снижает вес двигателя и повышает аэродинамическую эффективность. В условиях жесткой конкуренции за оснащение 777, GE попыталась расширить сферу применения GE90 и использовать его на других самолетах. Тогда генеральный директор Брайан Х. Роу даже предложил оплатить разработку GE90 для Airbus A330, но Airbus отклонил это предложение, предпочтя сосредоточиться на четырехдвигательном A340 для рынка дальнемагистральных перевозок. В конце 1990-х годов Boeing начала разрабатывать сверхдальние модификации 777 – 777-200LR и 777-300ER. Для этих самолетов требовался более мощный двигатель соответствующего класса тяги, что привело к переговорам между Boeing и производителями двигателей. General Electric предложила разработать двигатель GE90-115B, а Rolls Royce – двигатель Trent 8104. В 1999 году Boeing объявила о соглашении с General Electric, обойдя конкурирующие предложения.

Дизайн

10-ступенчатый компрессор высокого давления GE90 обеспечил тогдашний рекордный для отрасли коэффициент сжатия 23:1 и приводится в движение 2-ступенчатой турбиной высокого давления с воздушным охлаждением. 3-ступенчатый компрессор низкого давления, расположенный непосредственно за вентилятором, наддувает ядро двигателя. Вентилятор и компрессор низкого давления приводятся в действие 6-ступенчатой турбиной низкого давления. Более тяговые варианты GE90 110B1 и 115B имеют иную архитектуру по сравнению с более ранними версиями GE90. General Electric внедрила усовершенствованный вентилятор большего диаметра, изготовленный из композитных материалов, что повысило тягу на малых скоростях полета. Однако GE также потребовалось увеличить мощность ядра для улучшения чистой тяги на больших скоростях полета. Следовательно, GE приняла решение увеличить пропускную способность ядра, чего удалось достичь путем удаления одной ступени с задней части компрессора высокого давления и добавления дополнительной ступени к компрессору низкого давления, что более чем компенсировало снижение коэффициента сжатия компрессора высокого давления и привело к чистому увеличению массового расхода воздуха через ядро. Более тяговые варианты GE90 стали первыми серийными двигателями, оснащенными лопатками ротора со стреловидностью. Диаметр гондолы составляет. Каждая из 22 лопаток вентилятора GE90 115B имеет длину 4 фута (1 метр) и массу менее .

Эксплуатационная история

GE90 был одним из трех доступных двигателей для нового дальнемагистрального авиалайнера Boeing 777, представляя собой совершенно новую разработку стоимостью 2 миллиарда долларов, в отличие от предложений компаний Pratt & Whitney и Rolls Royce, которые являлись модификациями существующих двигателей. Самолет, оснащенный двумя двигателями GE90-77B, поступил в эксплуатацию через пять дней, и его частота отказов в полете (IFSD) составляла один случай на миллион летных часов работы двигателя. В июле 2020 года общий налет парка из 2800 двигателей превысил 100 миллионов часов, обеспечивая работу более чем 1200 самолетов для 70 авиакомпаний с коэффициентом готовности к вылету 99,97%. Полная переборка обходится более чем в 12 миллионов долларов.

Рекорды

GE90 115B обладает достаточной тягой, чтобы летать на летающей испытательной платформе GE Boeing 747 100 с тремя другими двигателями, работающими на холостом ходу – эта особенность была продемонстрирована во время летных испытаний. Согласно Книге рекордов Гиннеса, в 2000 году двигатель установил рекорд по максимальной тяге, достигнутой авиационным двигателем (максимальная тяга двигателя в эксплуатации соответствует его номинальной тяге). Этот рекорд тяги был достигнут непреднамеренно в ходе часового испытания на прочность двигателя с использованием GE90 115B в рамках программы разработки на испытательном комплексе Peebles Test Operation компании GE Aviation, представляющем собой открытую испытательную площадку недалеко от Пиблса, штат Огайо. 10 ноября 2017 года его преемник, GE9X, достиг более высокого рекорда тяги в Пиблсе, штат Огайо. Нагрузки на конструкцию первоначального вала вентилятора GE90 были значительно увеличены для обеспечения рабочего крутящего момента и условий отключения лопаток вентилятора. Для компенсации увеличения торсионных и изгибных напряжений вала вентилятора потребовался стальной сплав GE1014, ранее не использовавшийся в авиационных двигателях. Также потребовалось значительно удлиненное шлицевое соединение вала вентилятора, и поддержание необходимой высокой точности обработки представляло собой сложную задачу. В октябре 2003 года Boeing 777-300ER побил рекорд ETOPS, совершив полет протяженностью пять с половиной часов (330 минут) с одним выключенным двигателем. Самолет, оснащенный двигателями GE90 115B, выполнял рейс из Сиэтла на Тайвань в рамках программы сертификации ETOPS. 10 ноября 2005 года GE90 во второй раз был занесен в Книгу рекордов Гиннеса. GE90 110B1 использовался на 777-200LR во время самого продолжительного в мире рейса коммерческого авиалайнера, хотя на борту не было платных пассажиров, только журналисты и приглашенные гости. 777-200LR пролетел 21602 км (13423 мили) за 22 часа 22 минуты, совершив перелет из Гонконга в Лондон "длинным путем": через Тихий океан, над континентальной частью США, а затем через Атлантический океан в Лондон.

Инциденты

11 августа 2004 года двигатель GE90 85B, установленный на Boeing 777-200ER авиакомпании British Airways, выполнявшем рейс 2024, потерпел отказ при взлете из аэропорта имени Джорджа Буша в Хьюстоне. Пилоты заметили шум и вибрацию при взлете, но продолжили набор высоты. На высоте 1500 футов над уровнем моря они обнаружили дым и задымление в кабине экипажа, а бортпроводники сообщили о задымлении салона. Они вернулись в аэропорт для немедленной аварийной посадки. При исследовании было установлено, что лопатка турбины второй ступени отделилась в районе хвостовика, повредив последующие лопатки и вызвав вибрацию. Обломки остались внутри корпуса двигателя. 28 мая 2012 года Boeing 777-300ER авиакомпании Air Canada, выполнявший рейс из Торонто в Токио, столкнулся с отказом двигателя GE90 115B на высоте 1500 футов (457 м) и благополучно вернулся в аэропорт вылета. Обломки двигателя были обнаружены на земле. 8 сентября 2015 года двигатель GE90 85B, установленный на Boeing 777-236ER авиакомпании British Airways, выполнявшем рейс 2276, получил неконтролируемый отказ во время разгона по взлетной полосе в аэропорту МакКарран в Лас-Вегасе, что привело к пожару. NTSB и FAA начали расследование для установления причины; предварительные результаты были опубликованы в сентябре 2015 года. 27 июня 2016 года двигатель GE90 115B, установленный на Boeing 777-300ER авиакомпании Singapore Airlines, выполнявшем рейс 368, получил предупреждение о низком уровне масла во время полета и вернулся в аэропорт Чанги в Сингапуре. При посадке неисправный правый двигатель загорелся, что привело к повреждению двигателя и крыла.

Неисправности передаточной коробки передач

FAA выпустила директиву о летной годности (AD) 16 мая 2013 года и направила ее владельцам и операторам турбовентиляторных двигателей General Electric GE90 110B1 и GE90 115B. Данная аварийная директива была издана в связи с сообщениями о двух отказах узлов трансмиссии (TGB), приведших к внезапным остановкам двигателя в полете (IFSD). В ходе расследования было установлено, что отказы были вызваны растрескиванием и разрушением радиальных шестерен TGB, что произошло из-за совокупного влияния производственного процесса и эксплуатационных нагрузок. Последующие проверки выявили еще две радиальные шестерни с трещинами. Такое состояние, если его не устранить, может привести к дальнейшим IFSD одного или нескольких двигателей, потере управления тягой и повреждению самолета. Директива о летной годности требует выполнения корректирующих мероприятий в течение пяти дней с момента получения директивы. Все пораженные модули были заменены.

Технические характеристики

+ GE90 Типовой сертификат Лист данных Вариант 76B/ 77B/ 85B/ 90B/ 94B 110B1/ 113B/ 115B Тип Двухроторный, осевой, турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности Компрессор 1 вентилятор, 3 ступени НД, 10 ступеней ВД 1 вентилятор, 4 ступени НД, 9 ступеней ВД Турбина 2 ступени ВД, 6 ступеней НД Длина Максимальная ширина Максимальная высота Диаметр вентилятора Вес Мировой рекорд тяги на взлете установлен при испытаниях на высоте 827 футов над уровнем моря 8,4 9 9 Степень повышения давления Круизный удельный расход топлива (76B) или (85B)

GEnx

Двигатель GEnx, разработанный для Boeing 787 Dreamliner и 747-8, является производным от уменьшенной версии ядра GE90 и также оснащен вентилятором со стреловидными лопастями ротора.

GP7000

GE Aviation создала совместное предприятие с Pratt & Whitney под названием Engine Alliance, в рамках которого компании разработали двигатель GP7000 для Airbus A380, основанный на ядре GE90 110B/115B с коэффициентом масштабирования потока 0,72.

GE9X

В феврале 2012 года компания GE объявила о проведении исследований более эффективной на 10% модификации, получившей название GE9X, для оснащения новых самолетов Boeing 777-8X/9X.

LM9000

LM9000 – это аэродиривативная газовая турбина, доступная в двух исполнениях: LM9000 без водяного впрыска, обеспечивающая эффективность 42,4% до когенерации, и LM9000 с водяным впрыском, обеспечивающая эффективность 42,7% до когенерации. Отношение давлений двигателя 33:1 достигается за счет 4-ступенчатого компрессора низкого давления, за которым следует 9-ступенчатый компрессор высокого давления, приводимый в действие 2-ступенчатой турбиной высокого давления и 1-ступенчатой турбиной низкого давления, приводящей в движение 4-ступенчатую свободную турбину.