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科比坐在奥尼尔肩上有多高?3.4米,这也是下一代最大航空发动机GE9X的风扇直径

日期:2018-07-03 来源:大飞机报 护眼模式:

搭载GE9X发动机的波音777X效果图。资料图

 

  1994年6月12日,波音777首飞。24年来,这款搭载了世界上最大航空发动机GE90的飞机畅销全球,将民用航空远程飞行从“四发”时代带入“双发”时代。如今,最大发动机的称号即将易主,随着波音为777项目研制的升级版777X的不断推进,其搭载的GE9X将成为全新的世界最大航空发动机。

  关于GE9X发动机,美国GE公司董事长兼首席执行官杰夫·伊梅尔特曾经对媒体骄傲地表示,世界上只有两家公司在这个领域基本接近GE的技术水平。

  从某种程度上讲,GE9X是伊梅尔特远见和豪赌的产物。仅2014年一年,通用电气用于GE9X的研发费用超过10亿美元。其研发历时超过十年,几近夭折。如今,GE公司已经收到来自国泰航空、阿联酋航空、汉莎航空、阿提哈德航空和卡塔尔航空等全球各大航空公司700多架份的GE9X发动机订单。

  GE9X发动机可以提供10.5万磅(约合470千牛)推力,拥有风扇直径约3.4米的复合风扇机匣,以及16片第4代碳纤维复合材料风扇叶片,整个发动机与整个波音737的机身一样宽。世界上最大的航空发动机到底大到什么程度?这样说吧, GE9X的风扇直径,可以容得下一个奥尼尔,他的肩膀上还能再坐一个科比·布莱恩特。

  GE航空集团总裁戴维·乔伊斯十分强调科技创新的重要性。他表示,GE航空集团完全可以依靠巨大的订单量“吃老本”,目前他们的手持订单总额价值1540亿美元,“但我们必须紧跟全球技术的发展,站在科技前沿,确保我们的领先地位” 。

24年前正在进行型号首飞的波音777-200

 

  首次地面侧风测试耗资千万美元

  2016年4月11日,GE航空集团宣布,首台完整GE9X航空发动机,在俄亥俄州的皮布尔斯测试基地进行侧风测试。此前,GE9X发动机在加拿大马尼托巴省温尼伯市的通用航空公司的工厂完成了地面结冰测试。此测试将持续数月,以测试发动机系统以及气动性能、采集机械验证和气动热力学系统验证的相关数据。整次测试总投入将超越1000万美金,测试过程中,工程师还给发动机安装了第四个燃料箱,以保证发动机能源供给充足。工程师们还强化沙坑状试验台,以确保发动机的新材料与测试支架能够承受高温。地面测试将完整的验证整台发动机的性能和可靠性以及发动机空气动力学和热特性等早期信息,为波音777X项目提供可靠的动力保障。

  2017年, GE公司表示,为GE9X发动机研发了一套新的测试理念和流程。该公司预计,通过将新的方法应用在GE9X发动机的适航认证测试中,可以让该发动机作为波音777X系列唯一动力发动机服役后,提供更好的可靠性和耐久性,至少超过成熟的GE90-115B发动机的可靠性指标水平。

 

现役波音777发动机与波音737机舱直径对比

 

  每台测试发动机都有“数字双胞胎”

  GE9X发动机在测试过程中采用的新测试理念的核心是:认识到每一个气动循环周期并不是相同的,这是通过GE公司过去多款商用发动机测试计划中积累大量经验后获得的见解。重要的并不是重复发动机气动循环测试本身,重要的是发动机及其部件在测试过程中能否充分受到不同的环境和运行条件的考验。

  因此GE公司正在重新设计对发动机进行压力测试的过程,包括改变GE9X发动机的测试理念和测试验证流程。GE公司的使命是让发动机的压力测试更难,运行更热,并充分暴露在灰尘中。这将让GE9X发动机充分经历世界上许多真实的环境,特别是中东地区常常盛行炎热、多尘、充满盐分的大气条件。GE9X发动机的测试于2016年春季开始,在2017年5月开始使用第2台发动机进行认证测试,GE工程师已经开始分析在现场采集到的所有数据。GE9X设计团队还研制了一种新的测试工具可以研究不同的尺寸、操作条件和环境因素对每台发动机及其部件的影响。GE9X设计团队还可以利用Predix技术,为全部14台GE9X发动机创建“数字双胞胎”。

  “数字双胞胎”是指以数字化方式拷贝一个物理对象,模拟对象在现实环境中的行为,对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真,从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。这些“数字双胞胎”将让GE公司的设计人员和工程师详细了解在任何给定测试或飞行周期内发生的每种变化的具体影响。GE9X的设计团队可以在测试过程中了解单个组件的老化,验证单个零部件的设计,并认识到各个循环周期之间存在差异。

  根据试验计划,在装配GE9X发动机的波音777X进入商业服役之前,GE公司对GE9X发动机进行大约18000飞行小时周期的充分测试。由于GE公司的14个“数字双胞胎”提供了新的数据分析能力,测试GE9X发动机将不需要增加更多的传感器。

  此外,GE公司的第2台发动机正在进行耐久性测试,已经制造的第3台发动机已被用于风扇和可操作性测试。经过最初的性能和可靠性测试后,第4台发动机也制造完成,这台发动机将分配到加利福尼亚州的维克多维尔进行飞行试验,所采用的飞行测试平台是一架以前由日本航空运营的波音747-400飞机,第5台发动机将进行振动和耐久性测试,而第6台发动机将进行型号认证所需的耐久性测试,而7号发动机将用于结冰和点火测试。

 

搭载于波音747飞行测试平台首飞的GE9X

 

  搭载747测试平台完成首飞

  2018年3月13日,美国加州维克多维尔,GE航空集团的装配着全新的GE9X发动机的波音747-400(N747GF)飞行测试平台完成了首次飞行,开启了GE9X发动机取证试验的新里程。飞机于当地时间上午10点40分左右腾空而起,飞行过程持续了4个多小时。通过此次飞行,飞机和发动机顺利完成了本次飞行的所有测试项目,验证了其主要运行和功能特性。此次飞行的结果将帮助推进GE9X后续的测试飞行。

  在加利福尼亚州维克多维尔的一个简易机场为GE航空的波音747-400(N747GF)飞行测试平台提供动力,GE9X发动机首次飞行时在空中停留了四个多小时。这是发动机必须先完成的机载测试团队的关键要求,然后才能获得服务认证。飞行测试将持续数月,测试团队需要收集GE9X发动机在不同高度和飞行各个阶段的运行数据。

  GE9X发动机的成熟度测试开始于五年前,从部件级的测试一路发展到一个完整的发动机测试。于其它发动机项目不同的是在研发早期就开始了GE9X的整机测试,此时离该发动机的设计定型还有6个多月,这样的试验安排,就是为了保证在该发动机进行适航认证前能暴露所有的问题。通过各项试验,最终把GE9X所采用的所有的技术结合在一起,证明整个完整推进系统的稳态性能、过渡态性能以及操控性。

  在未来的数月里,GE9X将面临一系列的飞行测试与挑战,积硅步以至千里,在通向成功取证的道路上,没有捷径可走,唯有专注与信念同在,努力与实践并存。

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