世界上推力最大的渦輪噴氣引擎

　　學(xué)習(xí)啦小編為你解答世界上推力最大的渦輪噴氣引擎

　　單論推力，一臺頂近5臺三姨夫，4臺F-119

　　GE90發(fā)動機是由通用電氣公司下屬的GEAE“通用電氣航空發(fā)動機公司”研制的的高涵道比商用超大推力渦扇發(fā)動機。GE90-115B這一型號的發(fā)動機是吉尼斯世界紀(jì)錄所記載的世界上推力最大的航空發(fā)動機，地面臺架試驗中曾經(jīng)達到過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。 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。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)動機以及后續(xù)衍生出的GENX發(fā)動機都是美國一系列民用涵道比渦扇發(fā)動機預(yù)研工程的技術(shù)結(jié)晶。GE90采用突破性的單級大直徑寬弦復(fù)合材料風(fēng)扇葉片而不是大涵道比渦扇發(fā)動機所采用的傳統(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氣口(3.43米)以及彎曲的進氣葉片，其材質(zhì)為實心復(fù)合材料，不同于以往的發(fā)動機使用鈦合金實心葉片。彎曲的設(shè)計是源自于NASA于1990年代所進行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的機身直徑(3.4米)更大，普通的波音747貨機貨艙門，根本無法讓一整臺發(fā)動機進入機艙，因而需要使用特制的超大型運輸機(如安東諾夫安-124)運輸(拆去風(fēng)扇的GE90例外)。

　　如果一架波音777因為發(fā)動機故障而需要緊急轉(zhuǎn)飛，而轉(zhuǎn)飛的機場欠缺GE90的后備零件，那就需要等候超大型運輸機把備用的發(fā)動機送過來，然后由同樣的飛機將故障的發(fā)動機送回適當(dāng)?shù)牡攸c進行維修。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運輸機將一臺備用發(fā)動機送去伊爾庫斯克進行更換。發(fā)動機故障的原因，至今仍在調(diào)查之中。為減低類似事件的風(fēng)險，GE90發(fā)動機需要更嚴(yán)格的防護性維修要求，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的十級高壓壓氣機具有23的壓比，結(jié)構(gòu)強度和氣動載荷設(shè)計與GE公司與法國合作研制的CFM56發(fā)動機比較相似。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，該機高壓壓氣機葉片長度明顯大于其他大涵道比渦扇發(fā)動機。GE90采用了GE公司獨特的雙環(huán)腔低污染燃燒室設(shè)計而且應(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)計有效降低了氮化物的排放并且提高了發(fā)動機性能和耐久性。GE90采用兩級高壓渦輪和多達六級低壓渦輪，熱負荷較低因而壽命較長。

　　渦輪噴氣發(fā)動機應(yīng)用噴氣推進避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動機固有的弱點。因為采用了渦輪驅(qū)動的壓氣機，所以在低速時發(fā)動機也有足夠的壓力來產(chǎn)生強大的推力。渦輪噴氣發(fā)動機按照“工作循環(huán)”工作。它從大氣中吸進空氣，經(jīng)壓縮和加熱這一過程之后，得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)的速度從推進噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動機時，同時帶動壓氣機和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持“工作循環(huán)”。渦輪發(fā)動機的機械布局比較簡單，因為它只包含兩個主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機和渦輪，還有一個或者若干個燃燒室。然而，并非這種發(fā)動機的所有方面都具有這種簡單性，因為熱力和氣動力問題是比較復(fù)雜的。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃氣并形成推進噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計工作造成的。發(fā)動機的推進效率在很大程度上取決于它的飛行速度。當(dāng)飛機速度低于大約450英里/小時(724公里/小時)時，純噴氣發(fā)動機的效率低于螺旋槳型發(fā)動機的效率，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動，在350英里/小時(563公里/小時)以上時螺旋槳效率迅速降低。因而，純渦輪噴氣發(fā)動機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不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃氣渦輪發(fā)動機的組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)動機。

　　在馬赫數(shù) Ma<0.6 的速度下渦輪螺旋槳發(fā)動機效率最高。而當(dāng)速度提高到馬赫數(shù) 0.6-0.9 時，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)動機、涵道風(fēng)扇發(fā)動機和槳扇發(fā)動機所取代。這些發(fā)動機的排氣比純噴氣的渦輪噴氣發(fā)動機的排氣流量大而噴氣速度低，因而，其推進效率與渦輪螺旋槳發(fā)動機相當(dāng)，超過了純噴氣發(fā)動機的推進效率。在亞音速(Ma<1.0)條件下,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率最低。當(dāng)飛機飛行速度超過音速后(Ma>1.0),渦扇發(fā)動機由于迎風(fēng)面積過大從而推進效率開始降低;與此相反,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率則迅速提升,即使在馬赫數(shù) 2.5-3.0 范圍下,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率仍然可以達到 90%,正因為如此，與三代機普遍使用的涵道比為0.5-0.8的中等涵道比渦扇發(fā)動機相比,F-22使用的F-119渦扇發(fā)動機把涵道比降回到0.29，為的就是能夠?qū)崿F(xiàn)(Ma1.4)的超音速巡航。每種發(fā)動機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)動機一定比渦噴發(fā)動機省油，在超音速時，同樣開加力燃燒室的渦扇發(fā)動機比渦噴發(fā)動機耗油率還高。