7 涡 轮
GEnx有2级高压涡轮与7级低压涡轮(GEnx2B中为6级)。高压涡轮叶片用 GE公司的第2代三元流技术设计,采用先进的冷却技术设计,并采用最新的耐高温的材料,使冷却用空气量少,寿命长。
低压涡轮叶片采用“特高升力”UHL(UltraHighLift)的设计,且用三元流技术对端壁的形状进行设计,使叶片数少,效率提高约0.34%。
GEnx的高、低压涡轮的转向相反(如图19所示),这种设计已由军用发动机中转用于民用发动机中。在西方国家中,F119(F 22的动力)首先采用了反转设计,民用发动机中,用于 A380的遄达900发动机首先采用了这种设计,(遄达900中,高、中压涡轮反转),用于B787的两型发动机均采用了这种反转设计,它可减 少零件数,提高效率。
图19、GEnx反转的高、低压转子
8 附件传动机匣
以往的大型旅客机上,座舱空调系统用的高压空气,是由发动机高压压气机后引气提供的,液压系统的高压液压泵是由发动机附件传动机匣上的传动轴驱动的。
B787是第一种不采用上述方法的旅客机,它是用交流电的电动机驱动空气压缩机与液压泵的,为“准全电”飞机,为此,需由发动机驱动大功率的的交流发电机。
在以往许多较先进的发动机中,都由驱动直流发电机(歼六、歼七等用的发动机)改为驱动交流发电机,由于发动机工作时,转速变化范围大,为了保持交流发电机输出的电流频率不变,均需在发动机附件传动输出轴与发电机间安装一套非常复杂的恒速传动装置(CSD,ConstantSpeedDriver)。
CSD一般由发电机生产厂生产,并将它与发电机组成成套的“带传动装置的交流发电机(IDG,IntegratedDriveGenerator)”提供飞机生产厂装机使用。
B787采用了四台(每台250kW的)变频交流发电机(每台发动机驱动两台),是第一次在飞机上不采用恒速传动装置的交流发电机,通过机载(飞机)的恒频转换器,将需用恒频电源的部分电流转换成恒频电流。
在“准全电”飞机上,需将发动机的慢车转速定得较低,以便在低的发动机转速下也能向飞机供电。
GEnx慢车转速下的推力约为最大推力的2.6%,即慢车转速较低。为达到较低的慢车转速,采取了以下几项措施:①高压压气机出口处在低转速时瞬间放气,保证有足够的喘振裕度;②修订可调静叶的调节规律,在慢车时关小;③FADEC调节逻辑进行调定,以保持低转速工作时的裕度等。
用于B747 8的 GEnx2B发动机,仍然采用由高压压气机后向机舱空调系统提供高压压气流,液压泵也由发动机附件传动系统驱动,因此它采用了B747的发电机。
9 防止发动机性能衰退的措施(如图20所示)
在现代旅客机用的发动机中,一定要采取措施,能在较长的时间或较多的循环数后保持出厂的性能,即要防止性能的衰退。GEnx采取了下列防止性能衰退的措施:
(1)发动机总体结构上:采用了短、刚性好的转子。
(2)发动机总体结构上:转子支承简单,无中介轴承,无悬臂支承的涡轮。
(3)采用了先进的叶尖间隙控制技术,包括高压压气机,高、低压涡轮的叶尖间隙。
图20、 GEnx防止性能衰退的措施
(4)好的材料、冷却与涂层,使耐久性高。
(5)风扇叶片尾缘与分流环间距大,使外物不易进入核心部分。
(6)增压压气机后设有放气活门,使外物不易进入核心部分。
(7)性能可恢复:在高压压气机中设有内置式喷水清洗装置。
10 发动机的噪声
为满足21世“绿色航空”的要求,GEnx除采用了大量常用的以及新发展的降噪措施外,还在外涵后端采用了如图21所示的锯齿型喷口,以加大喷气流与外界空气流的接触面积,降低排气噪声,遄达1000也采用了这种喷口。
因此,GEnx噪声值不仅低于FAR36部第3阶段的规定值,而且也比第4阶段(2006年执行)的低很多,如图22所示。
11 结束语
2008年4月初,GEnx取得美国联邦航空局FAA的适航证,表明该发动机顺利完成了研制进程,可以用于B787上投入运营。但由于B787研制进度一拖再拖,原来计划拖到2010年夏交付给第1家用户,但在2009年6月波音公司再次宣布推迟交付日期,直到2012年3月26日用 GEnx作动力的第一架B787才交付给日航JAL。
GEnx在研制中,为满足取得适航证的需要,用了8台发动机进行了为期2年的试验工作,且于2006年在由B747改装的飞行试台上完成了飞行试验。在整个研发/取证的测试过程中,GEnx共完成4800次任务循环,运转时间超过3600小时。
图22、GEnx发动机的噪声值
与 GE90发动机(用于1995年投入使用的B777客机,在研发/取证的测试过程中,运转时间为8100小时,15000次循环)相比,GEnx的试验时间与循环数是比较少的,但其性能却有较大幅度提高。
这要归功于 GE公司能吸取 GE90研制与使用的经验及教训,以及不断开展新技术的发展研究工作,因而能在较短时间研制出能满足21世“绿色航空”要求的新型发动机,其经验与作法值得我们借鉴。
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