航空发电机是非常精密复杂的飞机动力设备,能制造民用飞机发动机的企业数量不多,其中最为主流的就是美国通用和英国的罗尔斯罗伊斯。一般来讲,发动机的体积越大则代表着它可提供的推力越大,飞机能飞得更高、更快、更远。就在最近,通用电气航空集团的一款型号为GE9X的发动机获得了吉尼斯世界最强劲喷气式发动机的殊荣,这不仅是通用的成绩,也代表着民航客机在航程、航速和飞行高度上将取得新的突破。
据悉这款GE9X飞机将首先应用于波音777X新一代双通道宽体客机上,波音777X预计将于2020年交付使用。波音777X与GE9X一样,它也将取得世界最大双发客机的头衔,而它能取得这个头衔很大程度上是得益于GE9X发动机的大体积和高效率。GE9X项目是于2010年启动的,设计过程中GE9X的风扇直径数据发生过多次调整,从最初的128英寸变化为最终的140英寸。一方面是因为波音方面对于期望推力值的不断提高,另一方面是对降低油耗的考量。
GE9X采用了多种新型材料,风扇的叶片材质可能是高强度碳纤维或新型环氧树脂,而叶片前缘材料据说是钢合金。GE9X的涡轮部件中,高压涡轮机匣和静叶采用的是CMC陶瓷基复合材料,这种材料是以陶瓷为基体,混以纤维增强体构成的,强度很高又耐高温,重量还相对轻盈。而低压涡轮叶片则是通过3D增材技术制造的,更加整体化、轻量化。
GE9X的高压压气机的级数达到十一级,压比为27:1。同为通用公司制造的GE90发动机的级数为十级,压比为23:1,对比可见GE9X的高压缩效率。另外,GE9X还采用了第三代TAPS燃烧室设计,其增材技术制造的燃油喷嘴、创新设计的燃烧室头部将使空气和燃油在燃烧前得以充分混合,大大提高了燃烧效率,节能又环保。GE9X的燃油消耗要比GE90节省百分之十五左右。GE9X的总推力能达到惊人的61吨,是我国运用于大型运输机运20的涡扇20发动机推力值的四倍。
据说GE9X的一片风扇价格能达十万美元,定子和转子每片约一万美元,GE9X的总造价预计将高达近五千万美元。而令人意外的是,通用从售价高昂的发动机中并不能获取丰厚的利润,它获取利润的主要渠道是后期发动机的维护修理。这跟汽车销售靠4S服务挣钱有些类似。有了GE9X发动机的帮助,波音777X将比主要竞争对手空客A350在油耗上节约百分之十左右的成本。
航空发动机的体积增长也是有极限的,如果发动机故障需要换发,那么需要有运输工具将发动机运至飞机停场地,考虑到物流和经济的平衡,发动机如果太大不利于维修运输。GE9X一定程度上会造成四发飞机需求市场的挤压,四发飞机从运维成本上看是远不如双发飞机经济划算的,如今单台发动机能提供的推力越来越大,四发模式的意义确实越来越小了。空中巨无霸A380据说就已经卖不动了。
大家都知道我国的C919大型客机将要于2021年交付使用了,C919的发动机并不是国产的,而是由通用和法国赛峰合作研制的涡扇中型CFM LEAP-1C发动机。由于历史积淀太少,我国的自主航空发动机研发能力较欧美还有明显的差距。经过近些年的科技发展,我国已在复合材料生产应用上有了优势,但是动力设计思路仍有很大的创新空间。
在军用发动机方面,我国已有自行研制的涡扇15等发动机,但是民用航空发动机目前还是空白。据说中国商发已经规划了用于C919和ARJ21等国产客机的长江系列国产发动机,真是让国人充满了期待。