Его диаметр 3,25 м – еще один рекорд. Всего два таких «движка» несут Boeing 777 с более чем 300 пассажирами на борту через океаны и континенты. GE90 – турбовентиляторный двигатель, или двигатель с высокой степенью двухконтурности. В двухконтурном турбореактивном двигателе воздух, проходящий через двигатель, разделяется на два потока: внутренний, проходящий через турбокомпрессор, и внешний, проходящий через вентилятор, приводимый во вращение турбиной внутреннего контура. Истечение происходит либо через два независимых сопла, либо газовые потоки за турбиной соединяются и вытекают в атмосферу через одно общее сопло. Те двигатели, в которых расход воздуха, посылаемого «в обход», больше чем в 2 раза превышает расход воздуха, направленного в камеру сгорания, принято называть турбовентиляторными.
В GE90 степень двухконтурности – 8, 1. Это значит, что больше 80% тяги такого двигателя создается вентилятором
Отличительной особенностью турбовентиляторных двигателей являются большие расходы воздуха и меньшие скорости истечения газовой струи из сопла. Это приводит к улучшению экономичности таких двигателей при дозвуковых скоростях полета.
Высокая степень двухконтурности достигается большим диаметром вентилятора (фактически первой ступени компрессора).
Вентилятор находится в кольцевом обтекателе. Вся эта конструкция весит немало (даже при использовании композитов) и обладает высоким лобовым сопротивлением. Замысел повысить степень двухконтурности и избавиться при этом от кольцевого обтекателя привел инженеров GE и NASA к созданию двигателя с открытым ротором GE36, который еще имел название UDF (unducted fan, то есть вентилятор без обтекателя). Здесь вентилятор был заменен двумя соосными пропеллерами. Они монтировались в задней части силовой установки и приводились в движение турбинами, вращающимися в противоположном направлении. Фактически это был толкающий воздушный винт. Как известно, турбовинтовой двигатель из всех турбинных авиадвигателей – самый экономичный.
Но у него есть серьезные недостатки – высокая шумность и скоростные ограничения
При достижении кончиками лопастей пропеллера сверхзвуковых скоростей происходит срыв потока и резко падает эффективность винта. "Поэтому для GE36 пришлось конструировать специальные саблевидные лопасти, с помощью которых негативные аэродинамические эффекты воздушного винта преодолевались. При испытаниях на летающем стенде MD-81 двигатель показал хорошие экономические показатели, однако попытки бороться с шумом приводили к их снижению. Пока инженеры колдовали с конструкцией лопастей в поисках компромисса, цена на нефть упала, и экономия топлива отошла на второй план. Казалось бы, проект забыт навсегда, но нет. В 2012 году после серии испытаний уменьшенной модели прототипа в аэродинамической трубе GE и NASA отрапортовали, что оптимальная форма лопастей найдена и двигатель с открытым ротором сможет, не теряя высокой экономической эффективности, соответствовать самым строгим стандартам по шуму, в частности Стандарту 5, который будет введен ИКАО в 2020 г. Таким образом, у двигателей с открытым ротором появились все шансы завоевать свое место в гражданской и транспортной авиации.
Для движения на сверхзвуковых скоростях и выполнения резких маневров нужны компактные двигатели с мощной тягой, то есть ТРД с низкой степенью двухконтурности.
Турбовентиляторные же двигатели при их высокой экономической эффективности рассчитаны на дозвуковые скорости, а на сверхзвуке малоэффективны. Нельзя ли как-то соединить преимущества ТРД с достоинствами турбовентиляторного двигателя? В поисках ответа на этот вопрос инженеры предлагают в создаваемом двигателе к двум контурам (камера сгорания и кольцевой канал) добавить третий – еще один канал, связанный с двумя другими. Закачиваемый в него компрессором воздух может (в зависимости от выбранного режима работы) попадать либо в камеру сгорания (для резкого повышения тяги), либо уходить во внешний канал, повышая степень двухконтурности двигателя. Таким образом, при необходимости выполнения резкого маневра идет дополнительный наддув камеры сгорания и двигатель наращивает мощность, а в крейсерском полете (в турбовентиляторном режиме) экономится топливо.
Прежде чем задать вопрос прочитайте:
В настоящее время в гражданской авиации эксплуатируется большое количество различных типов двигателей. В процессе эксплуатации каждого типа двигателя выявляются отказы и неисправности, связанные с разрушением различных конструктивных элементов из-за несовершенства их конструкции, технологии производства или ремонта и нарушения правил эксплуатации. Разнообразный характер отказов и неисправностей отдельных узлов и агрегатов при эксплуатации силовых установок в каждом конкретном случае требует индивидуального подхода к анализу их состояния.
Наиболее частыми причинами отказов и неисправностей, приводящим к досрочной замене двигателей и в ряде случаев к их выключению в полете, являются повреждения и разрушения лопаток
„пвессора, турбины, кам< р ь°’а, шя, опор двигателя, вравшихся механических частей,
Легатов системы регулирования?, смазки двигателя. Поврежде — ‘ 1Я компрессоров связаны зачалю с попаданием в них посторонних предметов и усталостными разрушениями лопаток. Наиболее частыми последствиями попадания посторонних предметов является забоины и вмятины на
лопатках компрессора, которые создают очаги концентрации напряжений и могут привести к усталостному разрушению
Причиной усталостного разрушения лопаток компрессора является совместное действие статических и вибрационных нагрузок, которые под влиянием концентрации напряжений, вызываемых различными технологическими и эксплуатационными факторами и воздействием окружающей агрессивной среды, вызывают в итоге усталостные разрушения. При эксплуатации двигателей большого ресурса наблюдаются случаи износа лопаток компрессора и уплотнений, отложения пыли, грязи И солей на лопатках компрессора, что приводит к снижению коэффициента полезного действия двигателя а уменьшению запаса устойчивости по помпажу.
Для предупреждения отказов двигателей по причине разрушения компрессоров необходимо контролировать техническое состояние лопаток компрессоров при их обслуживании. Конструкция двигателей должна обеспечивать возможность осмотра всех ступеней лопаток компрессора.
Наиболее частыми дефектами турбин газотурбинных двигателей являются оплавления, трещины, коробление и эрозионно-коррозионные повреждения лопаток сопловых аппаратов, дисков турбин и рабочих лопаток (рис. 14.2). Такого рода повреждениям в первую очередь подвержены рабочие и сопловые лопатки первых ступеней турбин, изменение состояния которых в значительной мере влияет на экономичность двигателей, а интенсивный эрозионно — коррозионный износ существенно снижает прочность и в ряде случаев является причиной обрыва.
Основной причиной интенсивного эрозионно-коррозионного повреждения лопаток является попадание в двигатель солей щелочных металлов вместе с продуктами пыли, влаги и продуктами сгорания, которые в условиях высоких температур разрушают защитную окисную пленку и способствуют адсорбции серы на поверхности металл - окисел. Вследствие этого при длительной эксплуатации двигателей происходит интенсивное сульфидирование материала, приводящее к его разрушению.
Причинами коробления и оплавления лопаток сопловых аппаратов и рабочих лопаток турбины является превышение температур выше допустимых значений при запуске двигателя или неис-
нравности топлшзсрп улирующей аппаратуры, приводящие к завы шеишо расхода топлива Виедре’ иие систем защиты двигателей от превышения температур в де предельных регуляторов те|. перртуры газов (систем ПРТ ОТГ) на газотурбинных двигателях второго поколения значительно уменьшает вероятность появлення указанных дефектов.
Одним из наиболее частих дефектов турбин является усталостное разрушение рабочих лопаток. Усталостные трещины чаще всего зарождаются в замковой части лопаток, на выходных п входных кромках. Рабочие лопатки турбины эксплуатируются в сложных условиях и подвергаются воздействию сложного спектра динамических и статических нагрузок. В связи с большим количеством запусков и выключений двигателей, а также многократными изменениями режимов их работы лопатки турбины подвергаются многократным циклическим изменениям теплового и напряженного состояний.
На переходных режимах передние и задние кромки лопаток подвергаются более резким изменениям температуры, чем средняя часть, в результате чего в лопатке возникают значительные термические напряжения.
При накоплении циклов нагревания и охлаждения в лопатке могут появляться трещины вследствие термической усталости, появляющиеся при различной наработке двигателей. При этом главным фактором будет не общее время наработки лопатки, а число повторных циклов изменений температуры.
Своевременное выявление усталостных трещин лопаток турбин при техническом обслуживании значительно повышает надежность их эксплуатации в полете — и предупреждает вторичные разрушения в двигателе при обрыве лопаток турбины.
Камеры сгорания также являются уязвимым конструктивным элементом ГТД. Основными неисправностями камер сгорания являются трещины, коробления и местные оплавления или прогары (рис 14.3). Возникновению трещин способствуют неравномерные нагревы камер сгорания на переходных режимах, неисправности топливных форсунок, приводящие к искажению формы факела пламени. Искажение формы факела пламени может приводить к местным перегревам и даже к прогару стенок камер сгорания. Температурный режим камер сгорания в значительной мере зависит от режимов работы двигателя. Длительная эксплуатация двигателей па повышенных режимах приводит к повышению температуры стенок камер сгорания и степени неравномерности их нагрева. В связи с этим для повышения надежности двигателей необходимо
соблюдать установи ограничения непрерывной работы двигателей на ш — вишенных режимах
Наиболее характерными дефектами, прнво шцимп к досрочному съему двигателей с эксплуатации, а также к отказу их в почете, является разрушение спор ротора двигателя, зубчатых передач редукторов ТВД и приводов агрегатов двигателей. Признаками разрушений указанных элементов двигателей является появление металлических частиц на масляных фильтрах или срабатывание термостружкосигнализаторов
Разрушение шариковых или роликовых подшипников турбины или компрессора происходит вследствие масляного голодания из-за отложения кокса в форсуночных отверстиях, через которые подао дптся смазка к опорам двигателя. Отложение кокса в форсуночных отверстиях происходит прежде всего при остановке горячего двигателя. При прекращении циркуляции масла в нагретом фор сумочном кольце происходит коксование масла Эти явления наблю даются в летние периоды времени и в южных районах страны, т е в условиях высоких температур наружного воздуха.
Причинами разрушения зубчатых передач и шарикоподшипников трансмиссии двигателя является нарушение правил его эксплуатации. К ним можно отнести: несоблюдение правил подготовки к запуску двигателей в условиях низких температур (запуск ТВД без подогрева), несоблюдение режимов прогрева и охлаждения и др. При запуске холодного двигателя при высокой вязкости масла может произойти проскальзывание сепараторов подшипников я местный перегрев элементов подшипника. Вывод холодного двигателя сразу после запуска на повышенные режимы без предвари тельного прогрева может привести из-за разной скорости нагрева внутреннего и наружного колец подшипника к уменьшению зазора ниже допустимого значения (рис. 14.4).
В этом случае внутреннее кольцо нагревается быстрее наружно го, которое сжато корпусом опоры двигателя. При уменьшении зазора ниже допустимого значения возникают местные перегревы обойм и элементов качения, вследствие чего может произойти разрушение подшипника.
Двигатель GE9X на летающей лаборатории Boeing 747-400
Специалисты американской компании GE Aviation во время стендовых испытаний крупнейшего в мире авиационного двигателя GE9X обнаружили, что при работе одни из элементов его статора испытывают повышенные нагрузки. Как пишет Aviation Week , эти повышенные нагрузки являются следствием небольшого конструкторского просчета, который, впрочем, на этапе разработки силовой установки относительно легко отстранить. Из-за обнаруженного просчета начало летных испытаний GE9X пришлось на некоторое время отложить.
Разработка GE9X ведется GE Aviation с 2012 года. Диаметр вентилятора этого двигателя составляет 3,4 метра, а диаметр его воздухозаборника - 4,5 метра. Для сравнения, диаметр GE9X всего на 20 сантиметров меньше диаметра фюзеляжа лайнера Boeing 767 и на 76 сантиметров больше диаметра фюзеляжа лайнера Boeing 737. Новая силовая установка может развивать тягу до 470 килоньютонов. GE9X имеет крайне высокую степень двухконтурности - 10:1. Этот показатель позволяет двигателю поддерживать высокую мощность, потребляя существенно меньше топлива по сравнению с другими двигателями.
Новый двигатель будет устанавливаться на пассажирские лайнеры Boeing 777X, самые большие в мире двухдвигательные пассажирские самолеты. Длина лайнеров в зависимости от версии составит 69,8 или 76,7 метра, а размах крыла - 71,8 метра. Самолет получит складное крыло, благодаря которому сможет помещаться в стандартном авиационном ангаре. Размах сложенного крыла B777X составит 64,8 метра. Максимальная взлетная масса лайнера составит 351,5 тонны. Самолет сможет выполнять полеты на расстояние до 16,1 тысячи километров.
К настоящему времени двигатель GE9X прошел несколько этапов испытаний, а с мая прошлого года участвовал в сертификационных проверках. По итогам одной из проверок выяснилось, что плечи рычагов, приводящих поворотные лопатки статора, который расположен за лопатками 11-ступенчатого компрессора GE9X и отвечает за сглаживание и направление воздушного потока, испытывают во время работы двигателя нагрузки, превосходящие расчетные. Потенциально это может приводить к поломкам. Другие подробности об обнаруженной проблеме не раскрываются.
В компании GE Aviation объявили, что специалисты пришли к выводу о необходимости замены приводных рычагов статора. Пока будут и изготавливаться новые рычаги специалисты намерены решить, возможно ли двигателю с имеющимися такими элементами приступить к летным испытаниям. В американской компании также отметили, что обнаруженный просчет не скажется на сроках испытания лайнера Boeing 777X, первый полет которого намечен на февраль 2019 года. Завершение сертификации силовой установки, вероятнее всего, тоже не сдвинется; оно запланировано на начало 2019 года.
После начала серийного производства GE9X пополнит семейство турбовентиляторных реактивных двигателей GE90. В начале прошлого года стало известно , что компания General Electric разработала мощную газотурбинную электростанцию, основу которой составил выпускаемый серийно двигатель GE90-115B. Использованная для создания электростанции силовая установка пока является крупнейшим в мире серийным авиадвигателем, диаметр вентилятора которого составляет 3,3 метра.
Новая газотурбинная электростанция получила обозначение LM9000. Ее электрическая мощность составляет 65 мегаватт. Станция может обеспечивать электричеством до 6,5 тысяч домов. После пуска станция способна выходить на полную рабочую мощность в течение десяти минут. GE спроектировала новую электростанцию для обеспечения электричеством заводов по производству сжиженного природного газа. Использовать серийный турбовентиляторный двигатель в составе электростанции компания решила, потому что это позволяет существенно снизить ее стоимость.
Василий Сычёв
Самый большой в мире реактивный двигатель April 26th, 2016
Тут и так то летаешь с неким опасением, и все время оглядываешься в прошлое, когда самолеты были маленькие и могли запросто планировать при любой неполадке, а тут все больше и больше. В продолжении процесса пополнения копилочки почитаем и посмотрим на такой авиационный двигатель.
Американская компания General Electric в данный момент проводит тестирование самого большого в мире реактивного двигателя. Новинка разрабатывается специально для новых Boeing 777X.
Вот подробности...
Фото 2. 
Реактивный двигатель-рекордсмен получил имя GE9X. С учетом того, что первые Боинги с этим чудом техники поднимутся в небо не ранее 2020 года, компания General Electric может быть уверена в их будущем. Ведь на данный момент общее число заказов на GE9X превышает 700 единиц. А теперь включите калькулятор. Один такой двигатель стоит $29 миллионов. Что касается первых тестов, то они проходят в окрестностях городка Пиблс, штат Огайо, США. Диаметр лопасти GE9X составляет 3,5 метра, а входное отверстие в габаритах равно 5,5 м х 3,7 м. Один двигатель сможет выдавать реактивной тяги на 45,36 тонны.
Фото 3. 
По словам GE, ни один из коммерческих двигателей в мире не имеет такую высокую степень сжатия (степень сжатия 27:1), как GE9X. В конструкции двигателя активно используются композиционные материалы.
Фото 4. 
GE9X компания GE собирается устанавливать на широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет Boeing 777X. Компания уже получила заказы от авиакомпаний Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific и других.
Фото 5. 
Сейчас проходят первые испытания полного двигателя GE9X. Испытания начались еще в 2011 году, когда велась проверка компонентов. По словам GE, эта относительно ранняя проверка была проведена с целью получения испытательных данных и запуска процесса сертификации, так как компания планирует установить такие двигатели для летных испытаний уже в 2018 году.
Фото 6. 
Камера сгорания и турбина выдерживают температуры до 1315 °C, что дает возможность более эффективно использовать топливо и снизить его выбросы.
В дополнение GE9X оснащен топливными форсунками, напечатанными на 3D-принтере. Эту сложную систему аэродинамических труб и углублений компания хранит в тайне.
Фото 7. 
На GE9X установлены турбина компрессора низкого давления и редуктор привода агрегатов. Последний приводит в действие насос для подачи горючего, маслонасос, гидравлический насос для системы управления ЛА. В отличие от предыдущего двигателя GE90, у которого было 11 осей и 8 вспомогательных агрегатов, новый GE9X оснащен 10 осями и 9 агрегатами.
Уменьшение количества осей не только снижает вес, но и уменьшает количество деталей и упрощает логистическую цепочку. Второй двигатель GE9X планируется подготовить для проведения испытаний в следующем году
Фото 8. 
В конструкции двигателя GE9X использовано множество деталей и узлов, изготовленных из легковесных и термоустойчивых композитных керамических материалов (ceramic matrix composites, CMC). Эти материалы способны выдерживать огромную температуру и это позволило значительно поднять температуру в камере сгорания двигателя. "Чем большую температуру можно получить в недрах двигателя, тем большую эффективность он демонстрирует" - рассказывает Рик Кеннеди (Rick Kennedy), представитель компании GE Aviation, - "При более высокой температуре происходит более полное сгорание топлива, оно меньше расходуется и уменьшаются выбросы вредных веществ в окружающую среду".
Большое значение при изготовлении некоторых узлов двигателя GE9X сыграли современные технологии трехмерной печати. При их помощи были созданы некоторые детали, включая инжекторы топлива, столь сложной формы, которую невозможно получить путем традиционной механической обработки. "Сложнейшая конфигурация топливных каналов - это тщательно охраняемая нами коммерческая тайна" - рассказывает Рик Кеннеди, - "Благодаря этим каналам топливо распределяется и распыляется в камере сгорания наиболее равномерным способом".
Фото 9. 
Следует отметить, что недавние испытания являются первым разом, когда двигатель GE9X был запущен в его полностью собранном виде. А разработка этого двигателя, сопровождавшаяся стендовыми испытаниями отдельных узлов, производилась в течение нескольких последних лет.
И в заключении следует отметить, что несмотря на то, что двигатель GE9X носит титул самого большого в мире реактивного двигателя, он не является рекордсменом по силе создаваемой им реактивной тяги. Абсолютным рекордсменом по этому показателю является двигатель предыдущего поколения GE90-115B, способный развивать тягу в 57.833 тонны (127 500 фунтов).
Фото 10. 
Фото 11. 
Фото 12. 
Фото 13. 
источники