世界上推力最大的渦輪噴氣引擎

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　　單論推力，一臺(tái)頂近5臺(tái)三姨夫，4臺(tái)F-119

　　GE90發(fā)動(dòng)機(jī)是由通用電氣公司下屬的GEAE“通用電氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司”研制的的高涵道比商用超大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。GE90-115B這一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)是吉尼斯世界紀(jì)錄所記載的世界上推力最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，地面臺(tái)架試驗(yàn)中曾經(jīng)達(dá)到過56.9噸的最大推力。GE90在1995年11月正式投放商業(yè)市場，目前用于波音777系列客機(jī)。 GE90首次發(fā)表于1995年11月，搭載于英國航空所新訂購的波音777飛機(jī)。GE90目前僅有波音777使用，在777-200、-200ER及-300是選配引擎之一(另可選用勞斯萊斯的Trent 800或普惠的PW4000)，但在777-200LR及-300ER則是唯一可用的引擎。GE90-115B發(fā)表于2004年5月。 GE90發(fā)動(dòng)機(jī)以及后續(xù)衍生出的GENX發(fā)動(dòng)機(jī)都是美國一系列民用涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研工程的技術(shù)結(jié)晶。GE90采用突破性的單級(jí)大直徑寬弦復(fù)合材料風(fēng)扇葉片而不是大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的傳統(tǒng)鈦合金風(fēng)扇葉片，大大減輕了風(fēng)扇組件的重量。該風(fēng)扇采用低葉尖速度、彈性變形吸收沖擊能量并重新分布、葉根在榫槽中偏擺減緩沖擊和局部包裹鈦合金的辦法成功地保證了風(fēng)扇葉片的抗外物打擊性能;采用涂覆聚氨酯抗腐蝕涂層和使用特殊絲線縫合復(fù)材脫層部位等方式提高了風(fēng)扇葉片的抗腐蝕性能。

　　GE90的最大特征就是有極大的進(jìn)氣口(3.43米)以及彎曲的進(jìn)氣葉片，其材質(zhì)為實(shí)心復(fù)合材料，不同于以往的發(fā)動(dòng)機(jī)使用鈦合金實(shí)心葉片。彎曲的設(shè)計(jì)是源自于NASA于1990年代所進(jìn)行UEET(Ultra Efficient Engine Techonology)的研究成果，用意在于降低噪音及提升效能。據(jù)說，一具GE90可以在一分鐘之內(nèi)，抽去相當(dāng)于麥迪遜廣場花園大小建筑物的空氣。

　　不過，由于GE90的直徑，比波音737的機(jī)身直徑(3.4米)更大，普通的波音747貨機(jī)貨艙門，根本無法讓一整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入機(jī)艙，因而需要使用特制的超大型運(yùn)輸機(jī)(如安東諾夫安-124)運(yùn)輸(拆去風(fēng)扇的GE90例外)。

　　如果一架波音777因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)故障而需要緊急轉(zhuǎn)飛，而轉(zhuǎn)飛的機(jī)場欠缺GE90的后備零件，那就需要等候超大型運(yùn)輸機(jī)把備用的發(fā)動(dòng)機(jī)送過來，然后由同樣的飛機(jī)將故障的發(fā)動(dòng)機(jī)送回適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)進(jìn)行維修。2005年12月17日，一架法國航空的波音777-200ER從首爾飛往巴黎途中，其中一具GE90-94B發(fā)生故障，因而需要在西伯利亞的伊爾庫斯克緊急降落。一架安-124運(yùn)輸機(jī)將一臺(tái)備用發(fā)動(dòng)機(jī)送去伊爾庫斯克進(jìn)行更換。發(fā)動(dòng)機(jī)故障的原因，至今仍在調(diào)查之中。為減低類似事件的風(fēng)險(xiǎn)，GE90發(fā)動(dòng)機(jī)需要更嚴(yán)格的防護(hù)性維修要求，因而使維修成本上升。美國紐約的現(xiàn)代藝術(shù)博物館有展出一塊GE90-115B的風(fēng)扇葉片。

　　GE90的十級(jí)高壓壓氣機(jī)具有23的壓比，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和氣動(dòng)載荷設(shè)計(jì)與GE公司與法國合作研制的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)比較相似。由于GE90推力要求相當(dāng)高，因而選取了流量和尺寸很大的核心機(jī)，該機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片長度明顯大于其他大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。GE90采用了GE公司獨(dú)特的雙環(huán)腔低污染燃燒室設(shè)計(jì)而且應(yīng)用了以往在渦輪葉片上采用的氣膜冷卻手段。這樣的設(shè)計(jì)有效降低了氮化物的排放并且提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和耐久性。GE90采用兩級(jí)高壓渦輪和多達(dá)六級(jí)低壓渦輪，熱負(fù)荷較低因而壽命較長。

　　渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用噴氣推進(jìn)避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)固有的弱點(diǎn)。因?yàn)椴捎昧藴u輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)，所以在低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也有足夠的壓力來產(chǎn)生強(qiáng)大的推力。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按照“工作循環(huán)”工作。它從大氣中吸進(jìn)空氣，經(jīng)壓縮和加熱這一過程之后，得到能量和動(dòng)量的空氣以高達(dá)2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(shí)(2253公里/小時(shí))的速度從推進(jìn)噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持“工作循環(huán)”。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械布局比較簡單，因?yàn)樗话瑑蓚€(gè)主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機(jī)和渦輪，還有一個(gè)或者若干個(gè)燃燒室。然而，并非這種發(fā)動(dòng)機(jī)的所有方面都具有這種簡單性，因?yàn)闊崃蜌鈩?dòng)力問題是比較復(fù)雜的。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機(jī)和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃?xì)獠⑿纬赏七M(jìn)噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作造成的。發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率在很大程度上取決于它的飛行速度。當(dāng)飛機(jī)速度低于大約450英里/小時(shí)(724公里/小時(shí))時(shí)，純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低于螺旋槳型發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動(dòng)，在350英里/小時(shí)(563公里/小時(shí))以上時(shí)螺旋槳效率迅速降低。因而，純渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最適合較高的飛行速度。這些特性使得一些中等速度飛行的飛機(jī)不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　在馬赫數(shù) Ma<0.6 的速度下渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高。而當(dāng)速度提高到馬赫數(shù) 0.6-0.9 時(shí)，螺旋槳/渦輪組合的優(yōu)越性在一定程度上被內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)、涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代。這些發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣比純噴氣的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流量大而噴氣速度低，因而，其推進(jìn)效率與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，超過了純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率。在亞音速(Ma<1.0)條件下,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率最低。當(dāng)飛機(jī)飛行速度超過音速后(Ma>1.0),渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)由于迎風(fēng)面積過大從而推進(jìn)效率開始降低;與此相反,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率則迅速提升,即使在馬赫數(shù) 2.5-3.0 范圍下,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率仍然可以達(dá)到 90%,正因?yàn)槿绱耍c三代機(jī)普遍使用的涵道比為0.5-0.8的中等涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比,F-22使用的F-119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)把涵道比降回到0.29，為的就是能夠?qū)崿F(xiàn)(Ma1.4)的超音速巡航。每種發(fā)動(dòng)機(jī)都有它們最佳使用的飛行包線-(由速度x/高度y構(gòu)成的xy坐標(biāo)系)，并不是說渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)一定比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)省油，在超音速時(shí)，同樣開加力燃燒室的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率還高。