值得收藏,长文揭秘世界航空发动机巨头的前世今身(一)

作为毕业于国内某不知名985高校航空发动机专业的硕士研究生,说实话我是有那么一点点骄傲的(骄傲个屁,可以当饭吃么?)。在学校学习期间,本科阶段做要是侧重于对航空发动机基本概念的了解,从基本原理,结构,气动,燃烧,热力循环,实验测量等各个方面都有涉猎。研究生阶段主要研究发动机结构强度方向。期间在位于长三角的某发动机公司做过设计工程师的实习,在位于南方的某发动机维修公司作为体系工程师的实习。

所以一直有个梦想,想把自己了解到的航空发动机知识和大家做个分享,不求高深难懂,阳春白雪;只求通俗易懂,下里巴人。终于在有了空闲时间的情况下,想了想,翻了书,动了笔。注意一下啦,文章只具有科普性,不具有科学性,所以不接受非原则性错误争论。文章为原创,图片多来自于网络,文章禁止任何未经授权的转载。


世界上航空发动机技术一直以来都是被几大航空发动机巨头垄断,而这些巨头之间相互竞争却又彼此结盟进行商业合作,究竟哪家航空发动机技术更强一些,各巨头之间又都有哪些看家的独门绝技,今天第一期,我们来好好聊一聊GE:

No.1 通用电器 General Electric, 简称GE

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能看到抽象的g和e吗?

通用电气的历史可以追溯到大发明家爱迪生于1878年创建的爱迪生电灯公司,摩根(就是那个闻名世界的摩根家长的摩根)在1892年出资把爱迪生电灯公司、汤姆逊.豪斯登国际电气公司等三家公司合并,变成了今日的通用电气雏形。但当时通用电气并未涉足航空发动机产业。当美国在1917年参加一战时,GE赢得了美国军方的合同——开发用于飞机活塞发动机使用的涡轮器增强器。自那以后, GE逐渐进入了航空界并且取得了许多的第一次。其中包括:美国第一台喷气发动机, 第一台2倍音速发动机,第一台3倍音速发动机, 和世界第一个高涵道比涡扇发动机。

独门绝技:复合材料风扇叶片

大涵道比涡扇发动机80%以上的推力都是由风扇提供的,根据推理计算公式,增大风扇直径从而增大进气流量,可以提高推力,增加推进效率。但是风扇直径不可无限制增大,因为过高的直径会导致离心力很大。目前的风扇转子直径最大到了3.2m,风扇叶尖速度达450m/s左右。一般的金属叶片在这么高的转速下和这么大的半径下,产生的离心力将会超过金属可能承受的应力。而复合材料更轻,同时还不发生腐蚀,是理想的替代金属叶片的材料。 GE 公司用碳纤维加强高韧性环氧树脂复合材料代替钛合金制成了当今世界上最大的风扇叶片。

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GE90的复合材料风扇

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珠海航展上的复合材料风扇

明星产品:我认为提到GE发动机,就不得不提下面三款发动机改变GE历史的发动机:

1. CF6系列发动机

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CF6发动机

奠定GE航空业霸主的一款具有跨时代的发动机。作为麦道公司的三发飞机DC-10的启动机型,在六十年代之后的很多年里,GE凭借这一款发动机逐渐超越普惠,成为了民用航空发动机领域的领头羊。毫无疑问,CF6是GE复兴的标志。这款发动机以及衍生型号应用的飞机有:

CF6-50:麦道DC-10、波音747-200。

CF6-80:波音747-300、波音747-400、波音767、波音MD-11、空客A300、A310、A330。

2. CFM56系列发动机

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CFM56系列发动机是由GE和斯奈克玛Snecma(现称赛峰集团)合作生产的商用高涵道比涡扇发动机。其中GE公司负责核心机(高压压气机,燃烧室,高压涡轮)的研发,该核心机其实是来自于GE自己的军用发动机F101的核心机,由于是当时很先进的军用发动机,当年美国军方怕泄密差点没有批准GE的和赛峰的合作,最终两国领导人经过沟通后才同意。赛峰负责风扇和低压涡轮部分的研发。所以你是不是一流,就要看行业的一流带不带你一起玩。

这款发动机是目前为止世界历史上最成功的一款商用发动机,没有之一。从70年代诞生之初到现在已经卖出3万多台,目前世界上最主要的窄体客机A320系列和B737系列大多数都装配该款发动机。据统计,平均每3秒钟,世界上就有一架安装有CFM56发动机飞机起飞或者降落。

在机场,如何分辨装配CFM56发动机的B737? 没错,你只要看到机场停的飞机的发动机形状是椭圆形的,就是装着CFM56 的B737飞机本尊没错的!至于原因大家可以猜猜哦。

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B737椭圆形的短舱

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椭圆形的CFM56 短舱

关于CFM56的命名,有很多说法,我查到的是来源于上文提到的GE的CF6发动机和斯奈克玛Snecma的M56的组合,两家公司各取一个发动机型号组成了CFM56的名字,这一看名字就知道是爹妈亲生的,没毛病。这款发动机以及衍生型号应用的飞机有:

CFM56-2: DC-8-71/-72/-73。

CFM56-3: 波音737-300/-400/-500。

CFM56-5A/-5A3: A320-100/-200。

CFM56-5A4/-5A5: A319。

CFM56-5B: A319/320/321。

CFM56-5C: A340-200/-300。

CFM56-7: 波音737-600/-700/-800。

3. GE90发动机:

结合了GE在过去成功的CF6发动机项目及GE在其它军事项目验证过的先进技术,GE投入20亿美元的巨资为新一代宽体飞机开始研制高可靠性、低油耗的动力---GE90。GE90发动机在1995正式推出应用于波音777飞机。GE90的风扇叶片是航空业内最大的叶片,风扇直径达3.43米。以及后略形状的风扇叶片,其材质为实心复合材料,这不同于以往的发动机使用钛合金实心叶片。后略弯曲的设计是源自于NASA于1990年的研究成果,在于降低噪音及提升效能。由于采用了当时世界上压比最高的压气机,使GE90的大型风扇叶片可低速运转,从而其噪声是同类型发动机最低的。GE90最新的衍生型发动机GE90-115B于2002底创造了127900磅的推力记录。被称为“世界上最强劲的民用喷气发动机”。 GE90在1995年投入使用,推力范围是74000磅~115000磅,这款发动机目前用于波音777系列客机。

之后在GE90的基础上,GE又推出了GENx发动机,才用了更为先进的技术,是目前B787的可选动力之一。

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GE90发动机

总之,GE是一家伟大的企业,不单单只做航空发动机。金融,医疗,航空租赁,保险,反正就是啥赚钱做啥。航空发动机只是GE资本逐利的工具之一,但是确实被GE做到了极致。目前GE和赛峰新的发动机项目LEAP已经成熟,并投入市场,其中LEAP1—A是A320NEO的可选动力,LEAP1—B是B737Max的可选动力,LEAP1—C是我国大飞机C919独家外方动力。据说订单已经累积达到了15000多台,现在的担忧是产能不足,各供应商都把GE的零件任务到第一位。

而GE对于中国市场的渴望远不止于此ARJ21和C919,对于中俄新一代宽体客机CR929,GE成为了最后争夺发动机供应商的两名选手之一。据说GE将推出GEnx-C专门为CR929提供动力。最后的裁决结果将于2019年5月份左右揭晓,到时候让我们拭目以待吧。对了,有没有人问另外一名选手是谁,哦,不要着急,下期我们再有请下一位吧。


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