"發動機聯盟"成立於1996年8月,是GE和普惠投資各占50%的有限責任公司,該公司負責開發、制造、銷售新壹代超大型(450座以上)寬體長航線客機系列的發動機,並為之提供技術支持。A380壹旦服役,將成為航空史上有效載荷最大的民用飛機,最初型號的航程為7650海裏到8000海裏,計劃以後還要擴大航程,因而需要可靠的新推力級(310~340千牛左右)的航空發動機。
GP7000是由GE公司的GE90和普惠公司的PW4090這兩款ETOPS(雙發延程運行)發動機發展而來的,是壹款基於成熟技術且不斷改進的衍生體,恰好與羅·羅公司為A380設計遄達900的思路不謀而合。遄達900 和GP7000是全新的發動機,但是他們所用的技術都是基於已經驗證過的成熟技術,再以此為基礎,不斷改進創新,然後水到渠成--成功開發出相當推力級的發動機。
部件特色
GP7000的機械部件由GE的核心機加上普惠的低壓部分和齒輪箱組成。GE的核心機包括:9級高壓壓氣機,2級高壓渦輪和低排放的單環燃燒室;普惠低壓部分則包括:1級風扇,5級低壓壓氣機,6級低壓渦輪。
風扇采用空心鈦合金寬弦後掠風扇葉片,這種葉片是為減輕風扇振動、提高抗外物損傷能力和減輕葉片質量而研究的,普惠在PW4084上已有運用。空心風扇葉片並不是絕對空心的,在空腔中采用了壹些加強的結構,而後掠的作用是降低葉尖進口相對馬赫數的法向分量,從而降低葉片的激波損失,提高風扇的效率。而遄達900也采用了寬弦的鈦合金後掠風扇葉片,可見,掠形設計已逐漸成為風扇葉片的主流。包容系統采用凱夫拉-鋁的復合材料,重量輕且抗腐蝕。 GP7000的高壓壓氣機吸收了GE公司從CF6,CFM56到GE90的設計經驗,其9級高壓壓氣機的壓比為19,由GE90發動機的10級高壓壓氣機按0.72的比例縮小,並減少1級壓氣機。其特點是:使用三維氣動設計的低展弦比葉片,具有更高效率、可防止外物損傷和更好的失速裕度;使用熱匹配機匣和轉子使葉片間摩擦減少,從而保證了較高的氣動性能;1級寬弦前掠整體葉盤簡化了裝配結構,減少了維修費用。
燃燒室是結構簡單、低廢氣排放量的單環結構,火焰筒內外壁均有多孔氣膜冷卻,頭部有高壓空氣霧化噴嘴,采用單晶合金折流器,可提高頭部耐久性,具有較好的高溫抗氧化能力。采用富油-快速摻混-貧油燃燒方案,優化了燃氣在燃燒室的滯留時間,減少了排放以滿足目前和未來的CAEP4排放標準,並有壹定的裕度。另壹方面也可滿足空中再點火的要求。
高壓渦輪繼承了GE90的2級軸流式。渦輪轉子葉片用Rene N5單晶鎳基合金鑄成,輪盤采用具有損傷容限能力的編號為ME3的新型鎳基粉末合金。這些材料是為超聲速民用運輸機發動機研究的,其高溫強度、高溫低周疲勞壽命和高溫裂紋擴展都有所提高和改善。高壓渦輪盤輪緣上不開孔以提高強度,同時可減少因螺栓頭及螺帽引起的風阻損失,且能降低維修費用。
GP7000低壓渦輪的設計目標是提高效率和降低成本,途經是高升力的三維葉片設計與低壓渦輪各級導向器葉片周向相對位置合理布局相結合。低壓轉子內采用浮動中心環封嚴,較好地控制了徑向間隙。渦輪轉子葉片和靜子葉片軸向間隙的優化有助於降低發動機噪聲。
與羅·羅公司的三轉子結構不同,GP7000沿用了GE和普惠運用成熟的雙轉子發動機結構,優點是結構簡單,軸承、油槽、封嚴件和框架較少。單元體結構簡化了發動機的維修。緊湊、高剛性的高壓轉子,以及普惠公司在PW4090上就已使用的"易脆"軸承,可提高性能保持能力並延長發動機的在翼時間。
控制系統
GP7000的控制系統是GE公司提供的第三代全權限數字式電子控制系統(FADEC III)。FADEC III雖然是基於GE公司前兩代成功運營經驗而開發的,但相對於其先前的FADEC裝置,第三代產品的速度快10倍,存儲能力大8倍,提供了更大的控制系統余度,從而提高了發動機控制的可靠性,且具備今後技術升級的能力。它將成為未來所有GE公司大型民用發動機的標準配置。在GP7000上使用前,FADEC Ⅲ將在GE90-115B和CFM56-7上先服務若幹年。 FADEC III雙通道處理器能全面操作所有發動機控制系統,容許單參數故障和各類多參數故障,而不會對發動機的工作造成不利影響。當發動機探測到兩個通道中有壹個失效狀況,FADEC III主動將主發動機控制系統轉移給備份通道,並將故障通知發動機和飛機的故障監視系統。這樣的功能得益於GP7000采用了新的模擬診斷技術。
FADEC III的高速處理器和大容量儲存器將首次允許在高度仿真的發動機性能模型中加入故障診斷邏輯,通過計算"虛擬傳感器"值並與其他測得的發動機參數進行比較,可鑒別出是壹個傳感器失效還是其他部件的問題。
GP7000的電子定量屑末監視器(QDM)可省去定期人工檢查滑油系統中的磁性屑末探測器。GE90發動機上就已使用這壹設備,並通過運營已證明其可靠性,它可對壹個軸承或是其他滑油浸潤部件非正常損壞做出準確的預報。
GP7000是第壹款在FADEC中擁有先進信號濾波能力的發動機,這種信號濾波能力可隔離和診斷即將出現硬件損壞征候的振動。振動信號的預先確定便於決定是立即維修,還是允許飛機繼續運營。
所有這些都將提高飛機準點到達率和防止破壞性的發動機空中停車。
性能綜述
GP7000具有可用於A380客機和貨機的兩個不同推力級的發動機,即:GP7270,推力為311千牛,涵道比為8.7,總壓比為43.9,長度為4.75米,直徑為3.16米,用於560噸級的A380-800客機;GP7277,推力為340千牛,涵道比仍為8.7,總壓比為45.6,長度和直徑都與GP7270壹致,用於590噸級的A380-800貨機。這兩款發動機的推力在海平面上30℃的溫度下都保持不變。而且隨著A380飛機對推力要求的增加,GP7000在同樣的框架尺寸內對風扇和高壓渦輪稍作修改就能使推力超過374千牛。
為減小噪聲,GP7000采用了較大的涵道比(約為9),降低了風扇壓比;在風扇轉子葉片和專門造型的風扇出口導向葉片之間采取了大的軸向間距;在低壓壓氣機和低壓渦輪上優化轉子葉片和靜子葉片數目,以降低源噪聲;還設計了鋸齒形的核心排氣噴管。"發動機聯盟"的目標是裝備了GP7000的A380飛機在最大起飛重量時還能滿足倫敦希思羅空港的QC1、QC2噪聲水平要求。
通體三維氣動設計使GP7000的葉輪機部件效率達到很高的水平,改善了發動機的燃油效率,降低了運行成本,有助於實現A380長達14820千米的設計航程.
羅爾斯·羅伊斯公司遄達900 發動機是空中客車A380 飛機的啟動發動機,也是首臺按照計
劃於2003 年3 月投入運行的發動機。該型發動機按計劃於2004 年10 月取得型號認證。
首架由遄達900 發動機提供動力的A380 飛機於2005 年4 月進行了首飛。投入運營的該
型發動機的推力為70,000 磅至76,500 磅,但其認證推力高達80,000 磅。
遄達900 發動機在A380 飛機上迄今已經累積了7500 多個飛行小時,並在地面運行和飛
機上完成了近30,000 次循環。在開發計劃所涉及的5 架A380 飛機中,有4 架是由羅爾
斯·羅伊斯公司的發動機提供動力。在測試計劃過程中,遄達900 發動機被證明是壹款極為
可靠的發動機,再次展示了羅爾斯·羅伊斯公司在發動機設計方面的低風險方法具有優勢。
在飛行測試中,該型發動機完成了嚴寒、酷熱及高性能等極端測試條件下的測試,使
A380 飛機達到了在運營中從未達到的高度和速度,以及使該型飛機保持飛行所需的最小
速度。測試結果非常出色,並驗證了性能預測,使遄達900 發動機能夠按計劃實現所有關
鍵目標。
遄達900 發動機是A380 飛機采用的最輕、最環保的發動機。該發動機是世界上最清潔的
大推力發動機,也是A380 飛機采用的最安靜的發動機。此外,該發動機還是羅爾斯·羅伊
斯公司迄今制造的最大的發動機,其直徑將近10 英尺。
該發動機通過了飛機的噪聲認證,表明其可輕易達到包括倫敦希思羅機場在內的機場所采
用的嚴格的QC1 和QC2 限制。希思羅機場是A380 飛機的啟動客戶新加坡航空公司規劃
的A380 飛機的初期目的地之壹。新加坡航空公司定於2007 年接收其首架A380 飛機。
在11 家已經選定了A380 發動機的航空公司客戶中,有7 家都選擇了遄達900 發動機,
使該發動機在確認和意向訂購的飛機中所占市場份額達到51%。這7 家航空公司是新加坡
航空公司、維爾京大西洋航空公司、快達航空公司(Qantas )、德國漢莎航空公司、馬來
西亞航空公司、Etihad 航空公司和中國南方航空公司。
自1995 年在A330 飛機上首飛的遄達700 發動機以來,遄達900 發動機是目前制造的遄
達系列發動機7 個成員中的第4 個成員。
羅爾斯·羅伊斯公司與全球的合作夥伴壹起***同研發了遄達900 發動機。7 家公司作為風險
與收入***享合作夥伴參與了該發動機的研發計劃,他們是:西班牙ITP 公司、Hamilton
Sundstrand 公司、美國的古德裏奇(Goodrich) 和霍尼韋爾 (Honeywell)公司、意大利Avio
公司、瑞典Volvo Aero 公司和日本的Marubeni 公司。此外,韓國的三星技術(Samsung
Techwin)公司和日本的川崎重工和石川島播磨重工也參與了該計劃。
遄達900 發動機的“驚人數據”
起飛時,A380 的4 臺遄達發動機提供的推力相當於3500 多輛家用汽車的推力之合!
發動機風扇每秒吸進超過1.25 噸空氣,而當空氣離開發動機後部的噴嘴時,空氣被加速到
近1,000 英裏/小時(1,600 公裏/小時)的速度。
遄達發動機大修間隔約13,000 個飛行小時,相當於飛行700 萬英裏……或環繞世界飛行
250 圈。
燃油在遄達發動機燃燒室的燃燒溫度高達2,000 攝氏度。由於在超過1300 攝氏度時,發
動機某些部件的金屬將開始融化,因此,該發動機采用了精密的冷卻系統。