世界上推力最大的發動機

　　GE90-115B是GE90發動機系列中最新的改型，該發動機在取證試驗中推力達570千牛，建立了航空發動機推力的世界最高記錄。目前，-115B已完成在空中試車臺上的試飛計劃，並裝在B777-300ER試飛，預計很快就將取得FAA和JAA適航合格證，明年投入使用。GE公司計劃進一步進行該發動機的成熟性試驗，以便暴露和修正任何薄弱點

　　波音於1999年啟動波音

　　777-300ER/-200LR遠端型客機計劃，GE、普惠和羅-羅公司都提出了發動機方案參加動力競爭。最後，GE公司以推力為512千牛的GE90-115B發動機獲勝，成為波音777-300ER/-200LR的唯一動力裝置。這件事在當時商用發動機市場引起了不小的***，一些航空公司持反對態度，認為波音777-300ER/-200LR的動力裝置沒有選擇餘地，將會影響客戶對飛機的興趣，甚至懷疑未來市場前景。

　　迄今，GE90-115B在早期的地面試驗期間推力達547千牛，後來又提高到570千牛，成為世界上公認的推力最大的航空發動機。

　　據GE公司稱，該發動機已被列入吉尼斯世界記錄，也是第一種被列入吉尼斯世界記錄的航空發動機。

　　改進的結構和效能

　　改進GE90-115B的效能很大程度上與風扇設計有關，因為採用新風扇能為核心機提供較多的空氣流量。它的主要特點是：風扇葉片後掠角增加，風扇直徑由原來的3.12米增加到3.25米，使空氣流量增大;風扇葉片的材料和製造工藝與早期GE90的一樣，採用相同的纖維和樹脂複合材料製成，以確保葉片具有良好的結構強度;風扇包容環由原來鋁合金改為用鋼製造，而其直徑只增大3.4釐米。

　　由於風扇直徑增大，低壓渦輪轉矩大大提高，在通常情況下應增大風扇中軸直徑，但GE公司通過中軸採用具有特殊化學成分的新材料GE1014高強度合金鋼解決了這一問題，而其中軸直徑不變;為適用增加空氣流量，發動機上增加了1級低壓壓氣機，這也降低了出口燃氣溫度。高的空氣流量也導致其他結構上的變化，包括重新佈局高壓壓氣機、減少低壓渦輪導向器葉片。

　　先進的三維氣動設計技術在GE90-94B上獲得成功應用後，GE公司將這項技術也引入到-115B上。三維氣動設計技術在壓氣機和渦輪上應用大大提高了效率，並且有助於降低燃油消耗和出口燃氣溫度，採用三維氣動設計技術的高壓壓氣機由原來的10級減少到9級，加寬了由高壓壓氣機最末級限定的環形流路，從而使更多的空氣通過核心機，以便有效地控制迴圈溫度;高壓渦輪第一級葉片採用三維氣動設計，可最大限度地提高葉尖與葉身的效率和提高出口燃氣溫度裕度;運用三維氣動技術設計的後掠風扇葉片使發動機的推力提高了約9千牛。

　　增大低壓渦輪葉片間的間隙，使低壓渦輪的效率提高和巡航狀態的油耗降低，同時減輕重量約70千克。高壓壓氣機採用整體葉盤結構。高低壓渦輪在不改變原有的氣流流路的情況下提高了氣動效率。

　　據GE公司稱，這些改進從發動機設計工作一開始就都是低風險的，因為這些技術都經過試驗或使用驗證，達到了成熟階段。

　　超工況狀態的地面試驗

　　2000年年中，-115B的大部分關鍵部件的試驗已完成。2001年11月16日，GE公司進行-115B的首次臺架試驗，三天後，也就是11月19日再次進行-115B臺架試驗時，其推力就達到547千牛，成為世界上推力最大的航空發動機。在早期的地面試驗期間，為測量發動機推力、效能、側風能力和風扇葉片應力，-115B進行了150小時試驗。結果表明發動機達到了設計要求。

　　-115B的取證計劃採用了8臺試驗發動,其中5臺發動機用於進行耐久性試驗和其他試驗，如效能試驗、風扇/壓氣機應力試驗、側風試驗、結冰試驗、冰雹和可操縱性試驗。其他3臺發動機用於進行運營準備工作、排放物測量、鳥撞試驗、葉片脫開試驗、吞水試驗、聲學試驗和高壓壓氣機與渦輪的應力校準。其中吞水試驗包括30秒鐘泵入4170升水到發動機中。

　　2003年2月，-115B在GE公司位於俄亥俄州的皮布林斯附近的GE公司的外場綜合試驗基地的裝置上進行最後的發動機取證試驗中推力達570千牛，這是該發動機第二次建立的高推力記錄。這一新的推力記錄是在完成FAA要求的150小時試驗時建立的。這一試驗期間該發動機在紅線狀況***最大風扇與最大核心機轉速和最大出口燃氣溫度***下運行了約60小時，以便在它的工作極限下評審發動機。設計這項試驗是為了在發動機的最大工作狀態下驗證它的能力。

　　原計劃-115B在2002年取得適航合格證，但該發動機在紅線溫度試驗時第1級高壓渦輪發現了熱應力痕跡，因此，取證計劃推遲。據GE公司稱，在試驗約35小時後孔探儀檢查時就發現了這一故障。通過改善冷卻，試驗工作很快得到恢愎。GE90計劃總經理說，實際上發動機不會在這種狀況下工作。

　　嚴之又嚴的試飛計劃

　　為獲得高空狀態的飛行資料，2002年9月18日，一臺-115B裝在波音747空中試車臺左側位置成功地完成首飛。

　　在2小時30分鐘的首飛中，為測量發動機的飛行效能，而進行了幾次油門杆調節和效能評審。這是30次試飛總計為150小時試飛計劃的第一次試驗。但實際上該發動機在空中試車臺上的試飛進行了48次，達217小時，大大超過了原計劃。

　　在747空中試車臺上的試飛目的是驗證-115B的全面的高空能力和排除任何未預計的故障或未探測的控制問題。試飛的主要內容有：在穩態和瞬態下對耗油率和出口燃氣溫度進行試驗驗證，包括從起飛、爬升到巡航的所有推力狀態;發動機的可操縱性試驗，這一試驗中出現了外部損壞等故障，但發動機未出現喘振問題;對第三代FADEC軟體、可調放氣活門、導向器葉片和主動間隙控制系統進行了實時調節;對發動機的高空效能、空中起動、飛行瞬態狀態進行了評估;測量了發動機的FADEC的效能、機動飛行期間的加速時間與效能。此外，在-115B的一次試飛中，在11900米高度上成功地進行了一次空中起動，這是GE公司自研製J79發動機以來首次進行這樣的起動，在商用飛機發動機研製中也是首次進行這樣的試驗。據GE公司負責飛行工作的工程經理說：“這是一項最嚴格的試驗計劃，在波音777首飛前，我們獲得了支援波音公司的飛機/發動機FAR25取證計劃的有價值的資料。”

　　為滿足高推力要求，GE公司對747試車臺進行了結構改裝，安裝了一新的進氣道和風扇整流罩以適應大的風扇直徑，對波音提供的反推力裝置也進行了改裝。

　　2003年2月24日，2臺-115B裝在B777-300ER飛機上首飛成功。在3小時飛行中，飛行速度為M 0.5和飛行高度為5472米。首飛時進行了發動機空中點火試驗，結果表明該發動機的推力效能與標準B777-300飛機的沒有差別。由於新增了發動機的一些試驗專案，因此，B777-300ER的首飛試驗推遲。但波音公司說，按目前的進度完全可滿足飛機今年第四季度的取證目標要求。

　　第二架B777-300ER試驗飛機在4月初開始飛行試驗。預計，總的飛行試驗時數將達到1600小時，其中包括220小時的雙發加程試飛。

　　排除薄弱點的成熟性試驗

　　今年末美國FAA將出臺進一步延長現有180分鐘ETOPS***雙發延程飛行***的新規定草案。人們普遍認為可能從現有180分鐘ETOPS將延長到300分鐘或更長。例如，如果延長到330分鐘，則像波音777這樣的雙發客機可以飛現有3發或4發飛機飛行的任何航線。

　　關於180分鐘ETOPS對現有發動機的要求是在1000小時飛行中的空中停車率不超過0.020，而使用中的GE90發動機的為0.006。在過去5年裡，GE90的空中停車率保持在0～0.010，GE公司的目標是使GE90的空中停車率為零，這樣可滿足任何新的ETOPS要求。為減少無計劃更換和驗證-115B能否滿足新的ETOPS要求，GE公司即將用-115B進行一系列廣泛的旨在暴露和修正新發動機任何薄弱點的成熟性試驗。這些試驗將是十分嚴格的，而且將涉及一些以前從未試驗的內容。

　　另外，GE公司還計劃進行超範圍檢查，以便儘可能地識別可能存在的故障和耐久性問題，避免一旦新發動機投入使用後出現故障和無計劃更換。GE公司還在為它的整個發動機系列考慮加長的ETOPS設計和試驗準則，並將從-115B計劃中取得的經驗應用到所有計劃中。

　　在-115B發動機的成熟性試驗中將用3臺研製用發動機和5臺飛行試驗發動機***包括一臺飛行試驗備用發動機***，預計這項試驗將在2006年末結束。此外，5臺飛行試驗發動機中有2臺將在試驗後進行分解，以便對每個部件進行磨損鑑定。

　　用於進行成熟性試驗的第一臺地面試驗發動機的編號為906-001，這臺裝有波音公司製造的安裝裝置***EBU***的發動機於今年6月開始在法國斯奈克瑪公司進行若干試驗，累計達13000多迴圈，相當於在典型航線上使用15～20年。為反應實際的航線環境，在該發動機的試驗期間將採用標準的車間維修和有關裝置。

　　為加大發動機的試驗強度，3臺研製用發動機將在高低壓部分處於高度不平衡狀態下試驗，這樣可使發動機承受大的振動負荷。GE公司將在不同範圍內進行906-001發動機的5階段試驗，包括模擬發動機在使用中經歷的典型迴圈增加和維修計劃。第一階段試驗將使發動機在維修前通過3000迴圈試驗，第二階段進行2750迴圈試驗，後三階段是在計劃維修前每階段試驗2500迴圈。這些迴圈反應了航空公司是如何使用發動機和如何按計劃進行維修的。每次維修期間要檢查的單元體也與航空公司實際按計劃維修時要檢查的內容相同。如在首次維修期間將對燃燒室和高壓渦輪進行仔細檢查，而在下次維修期間還將對燃燒室、高壓渦輪和高壓壓氣機給予足夠的重視。第三次計劃維修時將重點放在發動機的高低壓渦輪、燃燒室和增壓級部分。第四次維修的重點與第二次的相同。第五次和最後的維修將與首次維修重點相同。據稱，由於燃燒室和高壓渦輪是使發動機從飛機上拆換的主要部件，因此，在每次維修期間這兩個部件都要重點檢查。

　　用於成熟性試驗的第二臺地面試驗發動機是906-003。該發動機將在今年夏天在GE公司的試驗檯上開始試驗，並進行3000小時ETOPS試驗，預計在今年第三季度末結束。

　　為進行評審，這臺發動機裝有EBU，並安裝可使用的反推力裝置。該發動機試驗後的檢查比-001要嚴格。-003發動機在完成3000迴圈試驗和評審後，將安裝部分EBU，並在2004年3月末或4月初恢復試驗。在第二輪3000迴圈試驗中，工程技術人員在增加熱負荷情況下評審該發動機的外部部件。在這項試驗中將保持內部不平衡狀態，並有意提高發動機整流罩下的溫度。這樣導致的工作環境與取證時發動機外部部件溫度極限相一致。在這一試驗中要鑑定的系統包括安裝發動機齒輪箱部件、燃油泵和高壓渦輪主動間隙控制系統活門。

　　第三臺用於成熟性計劃的地面試驗發動機是906-006。按計劃將進行10500迴圈試驗。它的結構將具有更大的不平衡性，並將採用部分EBU。試驗的主要目的是考查和分析發動機熱端部件。試驗分三階段進行，第一階段將在今年9月初開始，總計試驗3000迴圈，第二階段試驗3500迴圈，第三階段試驗4000迴圈。

　　波音777-200LR的客戶將使用起飛推力為490千牛的GE90，而波音777-300ER的客戶將使用起飛推力為512千牛的GE90-115B。兩種不同推力級發動機的研究都將在-006發動機的迴圈試驗中進行。-006發動機在何處試驗現仍在討論中，可能在GE公司也可能在GE90的另一合作伙伴日本石川島播磨重工公司進行。

　　除了進行嚴格的試驗外，GE和波音公司認為實時狀態監控和故障診斷對減少發動機無計劃更換也非常重要。如果航空公司能從飛機上獲得實時資料和發現部件效能***如溫度和振動水平***的變化，他們就能獲得即將發生故障的資訊，使公司及時進行維修，以避免無計劃故障的出現。加長ETOPS試驗和飛行期間能提供監控與診斷服務的結合是制訂可靠性與耐久性標準的最好途徑。

　　-115B在2003年1月31日完成FAA的FAR33取證試驗，預計很快就會取得正式的適航合格證。按進度，裝-115B的波音777-300ER將在2004年交付使用。