1前言
GEnx是GE公司为波音“梦幻”客机研制的高涵道比(10.0)与高总压比(45.0)、低油耗、低污染与低噪声的新一代发动机,也用于波音客机与货机。
为了满足21世纪“绿色航空”的要求,GEnx不仅继承并发展了GE公司以往成熟发动机特别是GE90发动机的设计,采用了GE90研制与使用中经验与教训,而且还采用了最新发展的一些先进技术,使得GEnx不仅性能达到较高的水平,而且研制周期较短。
图1、由GE90-76B到GEnx经历4次技术提高
1.1波音
为了适应21世纪“绿色航空”的要求,波音公司于年12月宣布研制B7E7超效、高速、中型市场的新一代双通道双发动机客机,以填补B、B单通道客机与B双通道客机间的空挡。
“E”意味:经济(Economic)、环保(Environment)、上网(Eenable)与舒适(Ex-ceptionalComfortforcustomer)。年1月28日在中国购买60架B7E7的签字仪式上,波音宣布将E改为中国认为吉利的8,因此飞机改名B。
波音是第1种液压系统的动力不由发动机提供、座舱空调系统不由发动机提供高压空气的飞机,而是由发动机驱动总功率高达kW的变频交流发电机向飞机供电,驱动液压泵与压缩机。
图2、GEnx与CF6-80C2、GE90-76B的耗油率比较
波音采用了GE公司的GEnx与罗·罗公司的遄达发动机,两型发动机均可以用于任一飞机上,且在使用中能互换。
波音有三个型号,即B8,为基本型,B3为短航程型,B9,为加重型。在三个型号中,8型将是最早投入使用的型号,原计划年投入使用,但是经过几次延期,现在预计到年夏天可投入使用。
图3、GEnx耗油率低所采用的措施
1.2波音-8
波音公司于年11月宣布启动波音型飞机的研制工作,B有两个型号,即洲际客机型BI与货机型B-8F。
BI采用了B飞机的许多先进技术,其座英里成本比-低9%,比A低12%,年投入运营。B-8F货机型的航程可达公里,货舱空间比-增加16%。B-8的起飞总重为t,仅采用GE公司的推力较小的GEnx(即GEnx-2B67)。
2GEnx发展特点
GEnx是在年投入使用的GE90(用于波音)的基础上发展的,原来是专为波音研制的,后来又被波音选作其唯一的动力。
GEnx的推力小于GE90的kN~kN,大于CFC2(波音)的kN,而耗油率约低于GE90的6.9%。
GEnx采用了高的涵道比(~10),高的总压比(~45)(GE90分别为8、40)以及高的部件效率。GE90-76B于年底投入营运,到GEnx历经四次技术的提高,使GEnx耗油率低,排放低,噪声低,直接使用费用低,如见图1所示。
图2所示为GEnx、CFE1与GE90三型发动机耗油率的比较,从图上可看出GEnx的巡航耗油率比用于A的CFE1A4低15.4%,比用于B的GEB低6.9%。图3所示为降低耗油率所采用的措施,以及各项措施所获得的效益。
由于B有三个起飞总重不同的型号,因此用于B的GEnx有三个推力不同的型号。GEnx的设计推力为kN,GEnx在第1次试车中,推力达到kN,比设计值大7%。
图4、用于B和B-8两种飞机的发动机
用于B三型飞机的三型GEnx发动机为用于B3的GEnx1B54(kN)、用于B8的GEnx1B64(kN)以及用于B9的GEnx1B70(kN),三型发动机的风扇直径均为2.m。
用于B的发动机为GEnx2B67,其风扇直径小于GEnx1BXX的,为2.m。图4所示为用于B及B两种飞机的发动机特征。
3GEnx总体结构设计
图5所示为用于B的GEnx1B与用于B的GEnx2B发动机的总图。表1
所列为两型发动机主要部件的级数。
表1、两型发动机主要部件的级数
由于2B型的风扇直径比1B型的小0.m,且增压压气机级数少1级,因此2B的低压涡轮少1级。
图5、用于B的GEnx-1B与用于B-8的GEnx-2B总体结构图
3.1风扇转子支承方案
图6所示为GEnx与GE90转子支承方案的比较,两型发动机支承方案基本相似,即低压转子支承方案为三支点方案,高压转子支承方案为两支点方案,共五个支点,但高压压气机前支点(3号支点)采用了GE公司独特的滚珠轴承与滚棒轴承并列的设计,即滚棒轴承3R承受径向力,滚珠轴承3B仅承受轴向力。
在2号支点处,轴的直径较小,滚珠轴承直接装到轴上,轴承的内径很小,承受不了轴向负荷,为此,在此处安装了一个带球头的外伸轴套,如图7所示。将滚珠轴承的内环套装在此外伸轴套中,以加大轴承内径,这一设计沿用了GEB的设计(参阅“GEB设计特点分析”)。
图6、GEnx与GE90转子支承方案比较
3.2高压转子后端支点
高压转子后端通过中介轴承支承于低压转子的设计(如图8所示),是GE公司的传统设计,但是GEnx(包括GE90)中却沒有采用这种支承方案,这是因为GE90及GEnx的涵道比大(分别为8及10),在保持风扇叶尖切线速度一定的条件下,低压转子转速较低,为使低压涡轮获得较高性能,只能将低压涡轮直径加大,于是高、低压涡轮直径相差较大,为了使气流能平缓由高压涡轮流入低压涡轮,只得在高、低压涡轮间设置一个较长的锥型过渡机匣。
图71、2号支点结构
此时如将高压涡轮后轴通过中介轴承支承于低压转子上,则中介轴承与低压涡轮后轴承间的距离较长,会带来严重的转子动力学问题,对高压转子与低压转子的工作均带来不利的影响。
图8、高压转子后端通过中介轴承4支承于低压转子的支承方案(CFM56)
另外,由于过渡机匣较长,也有条件在此处设置高压涡轮后轴承的轴承座,以及与之有关的油槽及封严装置等,如图9所示。因此,GEnx转子支承方案(如图6所示)未采用中介轴承支承方案。图9所示为GE90的高压涡轮后支承处结构图,GEnx的结构基本与其相同。
图9、GE90高压涡轮后支座与低压涡轮(GEnx与之相同)
