为“梦想”助力——GEnx发动机简述

据GE公司官方网站2021年10月12日的消息，GEnx发动机使用专门的吸尘设备在模拟的恶劣环境中完成了3000多个循环的吸尘试验，取得了出色的耐久性试验结果。灰尘耐久性试验将确保GE公司历史上销售最快的高推力发动机在下一个十年继续为客户提供优质的服务。转瞬间，GEnx发动机已服役十年，这台为“梦想”客机量身打造的引擎，究竟有何独到之处？

一、基本情况

通用电气GEnx（General Electric Next-generation）发动机是GE航空为波音787和747-8设计的一款先进的双转子轴流大涵道涡轮风扇发动机。GEnx 定位为接替GE 产品线中的CF6发动机。为满足21世纪“绿色航空”的要求，GEnx继承并发展了GE公司以往成熟发动机特别是GE90发动机的设计理念，吸取了GE90研制与使用中的经验与教训，并且采用了最新先进技术，使得GEnx不仅性能达到较高的水平，而且大大缩短了研制周期。

主要型号：GEnx-1B（波音787发动机之一，竞争对手为罗罗遄达1000）

GEnx-2B（波音747-8唯一发动机选择）

推   力：240-330千牛（介于CF-6与GE90之间）

涵 道 比：9左右

总 压 比：55左右

性能指标：与CF6发动机相比，油耗和二氧化碳排放量降低15%，排气温度裕度提高35%，部件数量减少30%，在翼寿命延长30%，噪音降低30%。

二、发展历程梳理

2003年春，GEnx研制开始；

2004年，GE推出GEnx-1B参与波音787发动机竞标；

2005年，GE揽下波音787和747-8的525台GEnx发动机订单；

2006年3月19日，GEnx开始进行地面试车；

2007年2月22日，GEnx完成首飞试验，在波音747-100上安装了一台发动机；

2011年，GEnx发动机正式投入使用，为卢森堡货运公司的747-8飞机提供动力；

2012年，首架由GEnx提供动力的波音787交付给日航；

2019年，澳大利亚航空公司（Qantas）配装GEnx发动机的一架波音787-9飞机完成了一项创纪录的商业飞行，从纽约至悉尼全程飞行19小时16分钟，飞行航程覆盖16415千米(10200英里)的陆地和海洋，跨越了15个时区；

2019年11月，第2000台GEnx交付，累计在60家运营商完成450万个飞行周期和2600万小时；

2020年，GEnx的累计销售量超过2500台，一举成为GE公司史上销量增速最快的高推力发动机，得到了客户的广泛认可；

2021年，完成耐久性试验，验证了多项部件的改进效果，取得了新一轮的技术突破。在十年服役生涯中，GEnx总共搭载了超3.7亿名乘客并运送了超4600万吨的货物。

三、关键技术分析

GEnx发动机使用轻质耐用材料和先进的设计工艺来减轻重量、提高性能并降低维护成本，使其成为众多长途飞行的最佳选择，创下了大推力商用涡扇发动机的销售记录。众多关键技术共同支撑起低油耗、低污染与低噪声的设计目标，归纳总结如下：

（1）为波音787客机提供兆瓦级的电能

传统大型客机上，各个系统大多通过压缩空气驱动，如座舱空调系统用的高压空气是由发动机高压压气机后引气提供的，同时，液压系统的高压液压泵是由发动机附件传动机匣上的传动轴驱动的。而波音787采用无引气架构，用交流电的电动机驱动空气压缩机与液压泵，为“准全电”飞机，为此，需要由发动机驱动大功率的的交流发电机，来提供足够的电能。

传统客机每台发动机驱动一个发电机，APU驱动一个发电机，而波音787总共有6个发电机，2台GEnx发动机驱动4个发电机，提供主要的电能，每个发电机的发电功率为250千瓦，APU驱动2个二级发电机，每个发电功率为225千瓦。如果6个发电机同时启动，总计可以提供1.45兆瓦的电能，是波音777发电功率的4倍，相当于10个足球场面积大小的太阳能电池板的发电能力。

（2）两大设计降低油耗

一是巨大的外涵道和复合材料风扇。GEnx的涵道比为9:1，风扇叶片直径达到2.8米，通过使用碳纤维复合材料风扇和机匣降低重量，上一代风扇是由钛合金制成的，钛合金具有很高的比强度，但是碳纤维的比强度更高，同时刚性更强。碳纤维复材风扇的直径更大，厚度更薄，相比于钛合金风扇，新的材料使得风扇扇叶数从22降低到18，最终实现了15%的减重，风扇转速上限更高。

二是压气机极高的增压比。GEnx拥有当今现役商业发动机中最高压比的压气机，增大压比，可以最大化利用燃料释放的能量，涡轮和喷口所转换的能量也越多。GEnx的压比最高可达58:1，在压比提高的同时，压气机级数反而降低了，比CF6减少了4级。GEnx通过采用三维气动技术设计提高了叶片的性能，并使用一体化加工制造整体叶盘，使得气动效率进一步提高。

（3）通过双环预混旋流器（TAPS）燃烧室降低氮氧化物排放

TAPS燃烧室的核心技术是在保持分区燃烧优点的同时引入了创新的预混概念。为使燃烧室温度分布因子达到最优并降低NOx排放，GE在燃油喷嘴中运用了微观分层技术，以实现燃烧的平稳过渡。因此，空气和燃油在燃烧室燃烧室之前做到了很好的预先混合。燃烧室燃油喷嘴的空气旋流器为3个，其中1个用于主混合器的旋流进气，另外两个用于副混合器的旋流进气，这是实现燃油喷嘴微观分层技术的关键。TAPS喷嘴中心为引燃火焰，主喷嘴为环形，产生两层旋流流动，在预混阶段需要大量空气，来保证贫油燃烧，这个喷嘴看起来很简单，但是需要无数次模拟和迭代设计，逐渐向目标靠近，如果没有最新一代的金属3D打印技术，如此复杂的结构很难被制造出来。经过26年的研发，氮氧化物的排放降低了60%。

TAPS可实现发动机全工况的贫油燃烧，燃烧效率更高，火焰温度更低，污染排放更低，是一种更为先进、结构更为简洁的燃烧室，代表了现代航空涡轮发动机燃烧室工程技术进展的成就与发展方向。TAPS在LEAP和GE9X发动机上得到进一步发展和使用，实现了更强的贫油燃烧和更低的氮氧化物排放。

（4）巧妙设计降低噪音

GEnx发动机噪声的降低，主要归功于其标志性的外观设计——锯齿形的喷口。由于涡扇发动机需要将空气和燃气从内外涵道快速喷出，速度远高于外界空气的流速，与外界空气的作用会导致剧烈的掺混，产生巨大的噪音，就像瀑布撞击到水面。锯齿喷口用于控制喷出的气流，让每个锯齿产生小涡，使高温高速的喷气与外界空气混合的更柔和，大幅降低了发动机产生的噪声。

据GE方面统计，目前有超过2700 台GEnx发动机处于服役和订单状态。投入使用仅十年时间，GEnx的成绩可谓耀眼。在世界商用发动机三巨头的竞争中，GE凭借大涵道高压比核心机、复合材料和增材制造技术，依然牢牢占据市场的半壁江山。从CF6、CFM56到GE90、GEnx，再到LEAP和GE9X，GE的明星产品源源不断。正如GE航空百年回顾中所提到的那样，他们将持续重塑飞行的未来。

来源：全球航空资讯