Опубликовано: 28.09.2012, 10:12
 

Двигатели GEnx налетали более 100 тыс. часов


[image]

Последний год был довольно успешными для программы GEnx двигателестроительной компании General Electric. В октябре 2011 г. был запущен в эксплуатацию первый грузовой самолет Boeing 747-8F, оснащенный двигателями GEnx-2B, в составе авиакомпании Cargolux. В апреле текущего года авиакомпания Japan Airlines ввела в эксплуатацию первый самолет Boeing 787-8, на котором установлены силовые установки GEnx-1B. В июне 2012 г. авиакомпании Lufthansa был поставлен первый пассажирский Boeing 7478 Intercontinental, на котором также устанавливаются двигатели GEnx-2B.

Как отмечает руководство компании GE, двигатели семейства GEnx налетали в общей сложности более 100 тыс. часов и отработали более 23000 циклов. При этом надежность данных силовых установок, по полученным данным, составляет 99,9%. Все эксплуатанты самолеты, оборудованных моторами GEnx, остались довольны характеристиками новых силовых установок.

Напомним, что работу над проектом GEnx инженеры компании GE начали в 2004 г. В основе двигателей этого семейства лежит конструкция моторов GE90, которые получились очень эффективными и нашли самые положительные отклики среди многих эксплуатантов. Как отмечают эксперты, силовые установки GEnx устанавливают новые стандарты в сегменте двигателей для широкофюзеляжных самолетов и отличаются высокими экологическими характеристиками. Отметим, что стремление GE повысить экологичность своих продуктов была отражена в целях программы GEnx, первая из которых была направлена на обеспечение максимальной эффективности и экологичности силовых установок для клиентов, а второй целью было снижение эксплуатационных расходов.

Двигатели GEnx проектировались с таким расчетом, чтобы по своим характеристикам обойти моторы CF6, которые в настоящее время устанавливаются на многих широкофюзеляжных лайнерах. По сравнению с CF6 двигатели GEnx обладают рядом заметных преимуществ, среди которых можно выделить 15-процентное сокращение удельного расхода топлива, что в итоге оборачивается 15-процентным снижением выбросов углекислого газа (CO2), а также увеличением либо дальности полета самолета, либо его грузоподъемности или пассажировместимости.

Кроме того, в конструкции двигателей GEnx используется на 30% меньше комплектующих, по планам изготовителя эти моторы будут проводить на крыле на 30% больше времени, а сами силовые установки будут на 30% тише моторов CF6. По словам руководства компании GE, двигатели GEnx отработали более 21000 циклов на земле и более 14000 циклов в воздухе. В рамках дальнейшей работы над данным проектом инженеры компании будут проводить дополнительные испытания. В частности, предполагается, что к 2014 г. эти силовые установки отработают в общей сложности более 48000 циклов.

Помимо непосредственно самой компании General Electric над программой GEnx также работают такие фирмы, как Ishikawajima-Harima Heavy Industries Company, Ltd (IHI) (Япония), Avio SpA (Италия), Volvo Aero (Швеция), MTU (Германия), Techspace Aero (Бельгия), Snecma (Франция) и Samsung Techwin (Корея). Таким образом, в данном проекте были задействованы ведущие представители авиационной отрасли, и он получился действительно масштабным.

Обе выпускаемые модели силовых установок GEnx обладают общим газогенератором, но в их конструкции есть и кардинальные отличия. Так, например, диаметр вентилятора моторов GEnx-1B составляет 282 см, тогда как диаметр вентилятора двигателя GEnx-2B равен 264 см. Кроме того, в двигателях GEnx-1B функции, обычно выполняемые системой отбора воздуха, теперь всецело зависят от электроэнергии, которая вырабатывается стартер-генераторами, установленными на коробке привода агрегатов.

Помимо этого семейство двигателей GEnx воплотило в себе множество современных технологий и последних достижений. Здесь можно отметить третье поколение композитных лопаток вентилятора, первый в мире композитный кожух вентилятора, второе поколение трехмерных аэродинамических профилей, новая двойная кольцевая камера сгорания с предварительной закруткой (twin-annular pre-swirl - TAPS), вращающиеся в противоположную сторону турбины высокого и низкого давления, передовые системы диагностики двигателя, а также новые сплавы, материалы и технологии охлаждения, которые призваны увеличить долговечность силовых установок.

В целом, как отмечают представители GE, в конструкции двигателей GEnx использованы все передовые технологии для силовых установок с высокой степенью двухконтурности. Улучшенное охлаждение, использование новых материалов в "горячей" секции двигателя и изменения в аэродинамической нагрузке позволили использовать при изготовлении силовых установок GEnx газогенераторов меньшего размера. В то же время стремление к повышению эффективности современных моторов привело к пропорциональному увеличению размеров вентилятора. Теперь вентиляторы стали не только больше, но и зачастую тяжелее. Чтобы компенсировать возможное увеличение массы двигателя специалистами GE были разработаны специальные композитные материалы для изготовления компонентов вентилятора, которые, как известно, обладают меньшей плотностью. В результате компоненты вентилятора становятся легче, но при этом не теряют своей прочности.

Композитные лопатки вентилятора двигателей GEnx с титановыми кромками обладают самой высокой долговечностью и практически не нуждаются в сервисном обслуживании. Они изготовлены из улучшенного материала на основе композитной матрицы третьего поколения, который обеспечивают им высокую прочность. Количество лопаток вентилятора было сокращено до 18 штук, тогда как на двигателях GE90-115B используются 22 лопатки, а на силовых установках CF6-80C2 - 36 лопаток. В результате была снижена масса двигателя, что безусловно приводит к увеличению дальности полета и грузоподъемности самолетов, на которых устанавливаются данные моторы.

Кожух вентилятора также изготовлен из материалов на основе композитной матрицы. По сравнению с металлическими сплавами этот материал обладает вдвое меньшей плотностью, но при этом он отличается более высокой стойкостью к повреждениям, к резким перепадам температур. Помимо этого композитные материалы совершенно не боятся коррозии. Использование композитного кожуха вентилятора позволяет сократить вес силовой установки примерно на 150 кг. Это напрямую ведет к снижению удельного расхода топлива и увеличению дальности полета авиалайнера.

Снижение уровня шумового загрязнения во многом зависит именно от вентилятора двигателя. Сокращение количества лопаток вентилятора и низкая скорость его вращения - это краеугольные факторы, позволившие двигателям GEnx адаптироваться под требования стандартов FAR36 Stage 3 и Stage 4, выпущенных Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA), а также под требования стандарта QC1, действующего в отношении вылетающих и прибывающих рейсов в лондонском аэропорту Хитроу. Представители General Electric отмечают, что моторы GEnx-1B и GEnx-2B являются самыми тихими в истории этой двигателестроительной корпорации. А компрессор высокого давления двигателей GEnx отличается самой высокой в авиационной отрасли степенью повышения давления, которая равна 23:1.

Использование двойной кольцевой камеры сгорания с предварительной закруткой позволяет сократить выбросы оксидов азота на 55% по сравнению с ограничениями, установленными современными стандартами. Что касается других вредных веществ, то их выбросы снижаются на 90%. В камеру сгорания воздух поступает из компрессора высокого давления через два специальных завихрителя, расположенных рядом с топливными форсунками. Впрыскиваемое топливо смешивается с воздушным потоком, образуя более однородную обедненную топливовоздушную смесь по сравнению с обычной камерой сгорания. Взаимодействие кислорода и азота при очень высоких температурах ведет к образованию самых больших концентраций оксидов азота, особенно, если высокая температура поддерживается в течение длительного периода времени. В камере сгорания TAPS топливовоздушная смесь сгорает при более низкой температуре, что соответственно ведет к снижению концентрации оксидов азота. Кроме того, снижение рабочей температуры в двигателях GEnx приводит к увеличению долговечности компонентов камеры сгорания и элементов двигателя, расположенных позади нее.

Эффективность вращающихся в противоположную сторону турбин высокого и низкого давления по сравнению с однонаправленными турбинами была доказана на испытательных стендах на земле, а также во время тестовых полетов. В двигателях GEnx эта эффективность увеличивается за счет применения трехмерных лопаток следующего поколения, которые вносят весомый вклад в снижение удельного расхода топлива и сокращение выбросов СО2. Использование современной системы охлаждения, в свою очередь, повышает эффективность охлаждения компонентов силовой установки.

Использование жаропрочных материалов увеличивает долговечность турбины. Так, например, отмечается, что использование специальных новых материалов при изготовлении турбины высокого давления увеличивает ее коррозионную стойкость на 50%, а новые сплавы и материалы покрытия для лопаток турбины высокого давления позволяют расширить диапазон ее рабочих температур примерно на 100°С.

Снижение расходов на эксплуатацию двигателей GEnx, в первую очередь, достигается за счет увеличения надежности отдельных компонентов и агрегатов силовой установки. При этом современная диагностическая система открывает доступ к различным данным, которые позволяют своевременно провести необходимое техническое обслуживание каких-либо компонентов двигателя. В числе диагностических показателей выделяются определение неисправностей топливной системы, предупреждение о необходимости фильтрующих элементов, ошибки в работе системы зажигания и т.д. Кроме того, решены вопросы с облегчением самой процедуры технического обслуживания, то есть многие операции могут быть выполнены без снятия двигателей с крыла самолета.

В том случае, если силовой установке требуется более серьезное техническое обслуживание, то модульная система моторов GEnx позволяет разделить вентилятор и непосредственно сам двигатель. Снятый вентилятор можно вернуть в эксплуатацию, установив на другой силовой установке, тогда как сам двигатель может быть отправлен на дополнительное обслуживание. Таким образом, предлагаемая модельная система моторов GEnx позволяет сократить необходимость в запасных двигателях, что тем самым приводит к снижению затрат на их обслуживание.

По информации руководства General Electric, в настоящее время в портфеле заказов двигателестроителя насчитывается более 1300 силовых установок, которые были заказаны 45 различными клиентами. Также отмечается, что эти моторы являются одними из самых востребованных для самолетов Boeing 787 Dreamliner. Чтобы удовлетворить увеличивающийся спрос на двигатели GEnx, в компании GE было принято решение об увеличении объемов их ежемесячного выпуска. В текущем году GE планирует выпустить 140 моторов семейства GEnx, а к 2014 г. количество выпускаемых за один год двигателей должно быть доведено до 275 единиц.

Обзор подготовлен по материалам Aircraft Technology и Flightglobal.

 
Материал «Двигатели GEnx налетали более 100 тыс. часов» подготовлен сотрудниками агентства «АвиаПорт». Мы просим при цитировании указывать источник информации и ставить активную ссылку на главную страницу сайта или на цитируемый материал.
Связи: Small Planet Airlines, Самолетостроение (в процессе тестирования)