GE90-115B是GE90發(fā)動機系列中最新的改型，該發(fā)動機在取證試驗中推力達(dá)570千牛，創(chuàng)建了航空發(fā)動機推力的世界最高記錄。目前，-115B已完成在空中試車臺上的試飛計劃，并裝在B777-300ER試飛，預(yù)計很快就將取得FAA和JAA適航合格證，明年投入使用。GE公司計劃進(jìn)一步進(jìn)行該發(fā)動機的成熟性試驗，以便暴露和修正任何薄弱點

　　波音于1999年啟動波音

　　777-300ER/-200LR遠(yuǎn)程型客機計劃，GE、普惠和羅-羅公司都提出了發(fā)動機方案參加動力競爭。最后，GE公司以推力為512千牛的GE90-115B發(fā)動機獲勝，成為波音777-300ER/-200LR的唯一動力裝置。這件事在當(dāng)時商用發(fā)動機市場引起了不小的風(fēng)波，一些航空公司持反對態(tài)度，認(rèn)為波音777-300ER/-200LR的動力裝置沒有選擇余地，將會影響客戶對飛機的興趣，甚至懷疑未來市場前景。

　　迄今，GE90-115B在早期的地面試驗期間推力達(dá)547千牛，后來又提高到570千牛，成為世界上公認(rèn)的推力最大的航空發(fā)動機。

　　據(jù)GE公司稱，該發(fā)動機已被列入吉尼斯世界記錄，也是第一種被列入吉尼斯世界記錄的航空發(fā)動機。

　　改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和性能

　　改進(jìn)GE90-115B的性能很大程度上與風(fēng)扇設(shè)計有關(guān)，因為采用新風(fēng)扇能為核心機提供較多的空氣流量。它的主要特點是：風(fēng)扇葉片后掠角增加，風(fēng)扇直徑由原來的3.12米增加到3.25米，使空氣流量增大;風(fēng)扇葉片的材料和制造工藝與早期GE90的一樣，采用相同的纖維和樹脂復(fù)合材料制成，以確保葉片具有良好的結(jié)構(gòu)強度;風(fēng)扇包容環(huán)由原來鋁合金改為用鋼制造，而其直徑只增大3.4厘米。

　　由于風(fēng)扇直徑增大，低壓渦輪轉(zhuǎn)矩大大提高，在通常情況下應(yīng)增大風(fēng)扇中軸直徑，但GE公司通過中軸采用具有特殊化學(xué)成分的新材料GE1014高強度合金鋼解決了這一問題，而其中軸直徑不變;為適用增加空氣流量，發(fā)動機上增加了1級低壓壓氣機，這也降低了出口燃?xì)鉁囟取８叩目諝饬髁恳矊?dǎo)致其他結(jié)構(gòu)上的變化，包括重新布局高壓壓氣機、減少低壓渦輪導(dǎo)向器葉片。

　　先進(jìn)的三維氣動設(shè)計技術(shù)在GE90-94B上獲得成功應(yīng)用后，GE公司將這項技術(shù)也引入到-115B上。三維氣動設(shè)計技術(shù)在壓氣機和渦輪上應(yīng)用大大提高了效率，并且有助于降低燃油消耗和出口燃?xì)鉁囟?，采用三維氣動設(shè)計技術(shù)的高壓壓氣機由原來的10級減少到9級，加寬了由高壓壓氣機最末級限定的環(huán)形流路，從而使更多的空氣通過核心機，以便有效地控制循環(huán)溫度;高壓渦輪第一級葉片采用三維氣動設(shè)計，可最大限度地提高葉尖與葉身的效率和提高出口燃?xì)鉁囟仍６?運用三維氣動技術(shù)設(shè)計的后掠風(fēng)扇葉片使發(fā)動機的推力提高了約9千牛。

　　增大低壓渦輪葉片間的間隙，使低壓渦輪的效率提高和巡航狀態(tài)的油耗降低，同時減輕重量約70千克。高壓壓氣機采用整體葉盤結(jié)構(gòu)。高低壓渦輪在不改變原有的氣流流路的情況下提高了氣動效率。

　　據(jù)GE公司稱，這些改進(jìn)從發(fā)動機設(shè)計工作一開始就都是低風(fēng)險的，因為這些技術(shù)都經(jīng)過試驗或使用驗證，達(dá)到了成熟階段。

　　超工況狀態(tài)的地面試驗

　　2000年年中，-115B的大部分關(guān)鍵部件的試驗已完成。2001年11月16日，GE公司進(jìn)行-115B的首次臺架試驗，三天后，也就是11月19日再次進(jìn)行-115B臺架試驗時，其推力就達(dá)到547千牛，成為世界上推力最大的航空發(fā)動機。在早期的地面試驗期間，為測量發(fā)動機推力、性能、側(cè)風(fēng)能力和風(fēng)扇葉片應(yīng)力，-115B進(jìn)行了150小時試驗。結(jié)果表明發(fā)動機達(dá)到了設(shè)計要求。

　　-115B的取證計劃采用了8臺試驗發(fā)動,其中5臺發(fā)動機用于進(jìn)行耐久性試驗和其他試驗，如性能試驗、風(fēng)扇/壓氣機應(yīng)力試驗、側(cè)風(fēng)試驗、結(jié)冰試驗、冰雹和可操縱性試驗。其他3臺發(fā)動機用于進(jìn)行運營準(zhǔn)備工作、排放物測量、鳥撞試驗、葉片脫開試驗、吞水試驗、聲學(xué)試驗和高壓壓氣機與渦輪的應(yīng)力校準(zhǔn)。其中吞水試驗包括30秒鐘泵入4170升水到發(fā)動機中。

　　2003年2月，-115B在GE公司位于俄亥俄州的皮布爾斯附近的GE公司的外場綜合試驗基地的設(shè)備上進(jìn)行最后的發(fā)動機取證試驗中推力達(dá)570千牛，這是該發(fā)動機第二次創(chuàng)建的高推力記錄。這一新的推力記錄是在完成FAA要求的150小時試驗時創(chuàng)建的。這一試驗期間該發(fā)動機在紅線狀況(最大風(fēng)扇與最大核心機轉(zhuǎn)速和最大出口燃?xì)鉁囟?下運行了約60小時，以便在它的工作極限下評審發(fā)動機。設(shè)計這項試驗是為了在發(fā)動機的最大工作狀態(tài)下驗證它的能力。

　　原計劃-115B在2002年取得適航合格證，但該發(fā)動機在紅線溫度試驗時第1級高壓渦輪發(fā)現(xiàn)了熱應(yīng)力痕跡，因此，取證計劃推遲。據(jù)GE公司稱，在試驗約35小時后孔探儀檢查時就發(fā)現(xiàn)了這一故障。通過改善冷卻，試驗工作很快得到恢愎。GE90計劃總經(jīng)理說，實際上發(fā)動機不會在這種狀況下工作。

　　嚴(yán)之又嚴(yán)的試飛計劃

　　為獲得高空狀態(tài)的飛行數(shù)據(jù)，2002年9月18日，一臺-115B裝在波音747空中試車臺左側(cè)位置成功地完成首飛。

　　在2小時30分鐘的首飛中，為測量發(fā)動機的飛行性能，而進(jìn)行了幾次油門桿調(diào)節(jié)和性能評審。這是30次試飛總計為150小時試飛計劃的第一次試驗。但實際上該發(fā)動機在空中試車臺上的試飛進(jìn)行了48次，達(dá)217小時，大大超過了原計劃。

　　在747空中試車臺上的試飛目的是驗證-115B的全面的高空能力和排除任何未預(yù)計的故障或未探測的控制問題。試飛的主要內(nèi)容有：在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)下對耗油率和出口燃?xì)鉁囟冗M(jìn)行試驗驗證，包括從起飛、爬升到巡航的所有推力狀態(tài);發(fā)動機的可操縱性試驗，這一試驗中出現(xiàn)了外部損壞等故障，但發(fā)動機未出現(xiàn)喘振問題;對第三代FADEC軟件、可調(diào)放氣活門、導(dǎo)向器葉片和主動間隙控制系統(tǒng)進(jìn)行了實時調(diào)節(jié);對發(fā)動機的高空性能、空中起動、飛行瞬態(tài)狀態(tài)進(jìn)行了評估;測量了發(fā)動機的FADEC的性能、機動飛行期間的加速時間與性能。此外，在-115B的一次試飛中，在11900米高度上成功地進(jìn)行了一次空中起動，這是GE公司自研制J79發(fā)動機以來首次進(jìn)行這樣的起動，在商用飛機發(fā)動機研制中也是首次進(jìn)行這樣的試驗。據(jù)GE公司負(fù)責(zé)飛行工作的工程經(jīng)理說：“這是一項最嚴(yán)格的試驗計劃，在波音777首飛前，我們獲得了支持波音公司的飛機/發(fā)動機FAR25取證計劃的有價值的數(shù)據(jù)。”

　　為滿足高推力要求，GE公司對747試車臺進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改裝，安裝了一新的進(jìn)氣道和風(fēng)扇整流罩以適應(yīng)大的風(fēng)扇直徑，對波音提供的反推力裝置也進(jìn)行了改裝。

　　2003年2月24日，2臺-115B裝在B777-300ER飛機上首飛成功。在3小時飛行中，飛行速度為M 0.5和飛行高度為5472米。首飛時進(jìn)行了發(fā)動機空中點火試驗，結(jié)果表明該發(fā)動機的推力性能與標(biāo)準(zhǔn)B777-300飛機的沒有差別。由于新增了發(fā)動機的一些試驗項目，因此，B777-300ER的首飛試驗推遲。但波音公司說，按目前的進(jìn)度完全可滿足飛機今年第四季度的取證目標(biāo)要求。

　　第二架B777-300ER試驗飛機在4月初開始飛行試驗。預(yù)計，總的飛行試驗時數(shù)將達(dá)到1600小時，其中包括220小時的雙發(fā)加程試飛。

　　排除薄弱點的成熟性試驗

　　今年末美國FAA將出臺進(jìn)一步延長現(xiàn)有180分鐘ETOPS(雙發(fā)延程飛行)的新規(guī)定草案。人們普遍認(rèn)為可能從現(xiàn)有180分鐘ETOPS將延長到300分鐘或更長。例如，如果延長到330分鐘，則像波音777這樣的雙發(fā)客機可以飛現(xiàn)有3發(fā)或4發(fā)飛機飛行的任何航線。

　　關(guān)于180分鐘ETOPS對現(xiàn)有發(fā)動機的要求是在1000小時飛行中的空中停車率不超過0.020，而使用中的GE90發(fā)動機的為0.006。在過去5年里，GE90的空中停車率保持在0～0.010，GE公司的目標(biāo)是使GE90的空中停車率為零，這樣可滿足任何新的ETOPS要求。為減少無計劃更換和驗證-115B能否滿足新的ETOPS要求，GE公司即將用-115B進(jìn)行一系列廣泛的旨在暴露和修正新發(fā)動機任何薄弱點的成熟性試驗。這些試驗將是十分嚴(yán)格的，而且將涉及一些以前從未試驗的內(nèi)容。

　　另外，GE公司還計劃進(jìn)行超范圍檢查，以便盡可能地識別可能存在的故障和耐久性問題，避免一旦新發(fā)動機投入使用后出現(xiàn)故障和無計劃更換。GE公司還在為它的整個發(fā)動機系列考慮加長的ETOPS設(shè)計和試驗準(zhǔn)則，并將從-115B計劃中取得的經(jīng)驗應(yīng)用到所有計劃中。

　　在-115B發(fā)動機的成熟性試驗中將用3臺研制用發(fā)動機和5臺飛行試驗發(fā)動機(包括一臺飛行試驗備用發(fā)動機)，預(yù)計這項試驗將在2006年末結(jié)束。此外，5臺飛行試驗發(fā)動機中有2臺將在試驗后進(jìn)行分解，以便對每個部件進(jìn)行磨損鑒定。

　　用于進(jìn)行成熟性試驗的第一臺地面試驗發(fā)動機的編號為906-001，這臺裝有波音公司制造的安裝裝置(EBU)的發(fā)動機于今年6月開始在法國斯奈克瑪公司進(jìn)行若干試驗，累計達(dá)13000多循環(huán)，相當(dāng)于在典型航線上使用15～20年。為反應(yīng)實際的航線環(huán)境，在該發(fā)動機的試驗期間將采用標(biāo)準(zhǔn)的車間維修和有關(guān)設(shè)備。

　　為加大發(fā)動機的試驗強度，3臺研制用發(fā)動機將在高低壓部分處于高度不平衡狀態(tài)下試驗，這樣可使發(fā)動機承受大的振動負(fù)荷。GE公司將在不同范圍內(nèi)進(jìn)行906-001發(fā)動機的5階段試驗，包括模擬發(fā)動機在使用中經(jīng)歷的典型循環(huán)增加和維修計劃。第一階段試驗將使發(fā)動機在維修前通過3000循環(huán)試驗，第二階段進(jìn)行2750循環(huán)試驗，后三階段是在計劃維修前每階段試驗2500循環(huán)。這些循環(huán)反應(yīng)了航空公司是如何使用發(fā)動機和如何按計劃進(jìn)行維修的。每次維修期間要檢查的單元體也與航空公司實際按計劃維修時要檢查的內(nèi)容相同。如在首次維修期間將對燃燒室和高壓渦輪進(jìn)行仔細(xì)檢查，而在下次維修期間還將對燃燒室、高壓渦輪和高壓壓氣機給予足夠的重視。第三次計劃維修時將重點放在發(fā)動機的高低壓渦輪、燃燒室和增壓級部分。第四次維修的重點與第二次的相同。第五次和最后的維修將與首次維修重點相同。據(jù)稱，由于燃燒室和高壓渦輪是使發(fā)動機從飛機上拆換的主要部件，因此，在每次維修期間這兩個部件都要重點檢查。

　　用于成熟性試驗的第二臺地面試驗發(fā)動機是906-003。該發(fā)動機將在今年夏天在GE公司的試驗臺上開始試驗，并進(jìn)行3000小時ETOPS試驗，預(yù)計在今年第三季度末結(jié)束。

　　為進(jìn)行評審，這臺發(fā)動機裝有EBU，并安裝可使用的反推力裝置。該發(fā)動機試驗后的檢查比-001要嚴(yán)格。-003發(fā)動機在完成3000循環(huán)試驗和評審后，將安裝部分EBU，并在2004年3月末或4月初恢復(fù)試驗。在第二輪3000循環(huán)試驗中，工程技術(shù)人員在增加熱負(fù)荷情況下評審該發(fā)動機的外部部件。在這項試驗中將保持內(nèi)部不平衡狀態(tài)，并有意提高發(fā)動機整流罩下的溫度。這樣導(dǎo)致的工作環(huán)境與取證時發(fā)動機外部部件溫度極限相一致。在這一試驗中要鑒定的系統(tǒng)包括安裝發(fā)動機齒輪箱部件、燃油泵和高壓渦輪主動間隙控制系統(tǒng)活門。

　　第三臺用于成熟性計劃的地面試驗發(fā)動機是906-006。按計劃將進(jìn)行10500循環(huán)試驗。它的結(jié)構(gòu)將具有更大的不平衡性，并將采用部分EBU。試驗的主要目的是考查和分析發(fā)動機熱端部件。試驗分三階段進(jìn)行，第一階段將在今年9月初開始，總計試驗3000循環(huán)，第二階段試驗3500循環(huán)，第三階段試驗4000循環(huán)。

　　波音777-200LR的客戶將使用起飛推力為490千牛的GE90，而波音777-300ER的客戶將使用起飛推力為512千牛的GE90-115B。兩種不同推力級發(fā)動機的研究都將在-006發(fā)動機的循環(huán)試驗中進(jìn)行。-006發(fā)動機在何處試驗現(xiàn)仍在討論中，可能在GE公司也可能在GE90的另一合作伙伴日本石川島播磨重工公司進(jìn)行。

　　除了進(jìn)行嚴(yán)格的試驗外，GE和波音公司認(rèn)為實時狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷對減少發(fā)動機無計劃更換也非常重要。如果航空公司能從飛機上獲得實時數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)部件性能(如溫度和振動水平)的變化，他們就能獲得即將發(fā)生故障的信息，使公司及時進(jìn)行維修，以避免無計劃故障的出現(xiàn)。加長ETOPS試驗和飛行期間能提供監(jiān)控與診斷服務(wù)的結(jié)合是制訂可靠性與耐久性標(biāo)準(zhǔn)的最好途徑。

　　-115B在2003年1月31日完成FAA的FAR33取證試驗，預(yù)計很快就會取得正式的適航合格證。按進(jìn)度，裝-115B的波音777-300ER將在2004年交付使用。