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里程碑!擁有300多個3D打印零件的GE9X 發動機獲得FAA認證

里程碑!擁有300多個3D打印零件的GE9X 發動機獲得FAA認證

時間:2020-10-05 08:51 來源:3D科學谷 作者:中國3D打印網 閱讀:170次

        9月28日,GE航空宣布GE9X發動機已經獲得美國聯邦航空管理局(FAA)的認證。這是GE9X發動機為777X系列飛機提供動力的關鍵里程碑。GE9X是新型雙引擎波音777X的動力引擎,是世界最大商用航空發動機,該發動機可以提供約100,000磅推力。正如GE 在GE9X官方宣傳大片中所提到的“strengthened by additive manufacturing”,增材制造-3D打印技術在這一最大商用發動機的制造中發揮著重要作用。獲得FAA認證不僅是GE9X發動機為777X系列飛機提供動力的關鍵里程碑,也是增材制造技術在航空發動機制造應用發展道路中的又一里程碑。

       FAR(聯邦航空法規)第33部分認證涉及8臺試驗發動機。此項認證的成功使GE 航空豐富了商用噴氣發動機產品組合,即包括用于波音787 Dreamliner的GEnx和CFM LEAP發動機,以及新通過認證的GE9X。

根據GE,為了獲得認證,GE9X測試發動機完成了將近5,000小時和8,000個發動機循環,發動機的性能已通過廣泛的地面和飛行測試得到驗證。與GE90-115B相比,GE9X發動機的單位油耗(SFC)降低了10%,比同類產品中的其他發動機降低了5%。相比其他同類發動機,GE9X 的煙霧排放將更少。

     GE的重點仍然是與波音公司合作,完成777X飛行測試計劃并投入使用。根據3D科學谷的了解,GE 目前已經生產了八架GE9X測試發動機和兩架測試備件,并已交付給波音用于四架777X測試飛機中。GE 已組裝了幾臺GE9X生產發動機,GE航空正在完成工廠驗收測試。

       GE航空集團目前正在對GE9X發動機進行3,000次額外的地面測試,以支持擴展運營(ETOPS)批準。GE9X團隊還正在進行成熟度測試,從而幫助GE工程師做好準備,支持正在使用的發動機。GE目前已收到600多個GE9X發動機的訂單和意向。

block 關鍵制造技術

        雖然GE9X還未正式投入商用,但已獲得了諸多肯定。GE9X在去年獲得了世界上推力最大發動機的吉尼斯世界紀錄,它是GE航空史上燃油效率最高的噴氣發動機,燃油消耗低于競品10%;擁有直徑134英寸的最大尺寸前風扇、復合材料風扇機匣和16片第四代碳纖維復合材‘’料風扇葉片……除了這些硬核優勢,還有一項關鍵技術是增材制造。GE 航空將增材制造列入了 “GE9X 發動機的9個事實“中。

GE9X 發動機的9個事實

1.在134英寸的復合材料風扇外殼在任何商業飛機發動機中都是最大的。

2.GE9X具有300多個增材制造零件。除GE9X發動機中的增材制造零件之外,GE 航空與其合資公司目前還擁有另外四個通過了FAA認證的3D打印零件:用于GE90-94B的T25傳感器,CFM LEAP燃油噴嘴頭,GEnx-2B電動門開啟系統(PDOS)支架和GE Passport空氣油分離器。

3.盡管尺寸很大,但按每分貝推力磅數計算,GE9X有望成為有史以來最安靜的GE發動機。

4.GE9X引擎安裝了第四代復合風扇葉片。GE的首個復合風扇葉片于1995年開始在GE90-94B發動機上投入使用。GE及其合資企業CFM在過去25年中使用復合葉片累計飛行時間超過1.38億小時。

5.GE9X發動機中的16個復合風扇葉片是GE為商用噴氣發動機生產的最低數量。GE90發動機有22個風扇葉片,GEnx有18個風扇葉片,較小的CFM LEAP發動機有18個復合風扇葉片。

6.GE9X創造了世界紀錄,在2017年11月10日的GE戶外測試工廠進行的工程測試中,產生了134,300磅的推力。GE90-115B在2002年創下了127,900磅的推力紀錄。

7.GE航空在其波音747飛行測試床上進行了72次GE9X測試飛行,總計超過400小時。首次試飛日期為2018年3月8日。

8.GE9X發動機中有五個陶瓷基復合材料(CMC)組件,包括第一級高壓渦輪(HPT)護罩,第一級和第二級HPT噴嘴以及燃燒室的內襯和外襯。GE航空在商用發動機中運行CMC零件方面擁有超過800萬小時的經驗。GE于1986年獲得了有關CMC材料的第一項專利,并一直在繼續開發這種材料。GE已在該技術上投資超過15億美元,并在美國建立了第一條垂直整合的CMC供應鏈。


9.GE9X發動機的總壓力比為60:1,是所有使用中的發動機中最高的壓力比,這意味著發動機可以最有效地利用進氣,從而提高燃油效率。

      GE9X擁有的304個增材制造-3D打印零件涵蓋了七大類型。

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      適用于增材制造的GE9X引擎上的組件制造與認證過程是復雜的。不過GE能夠利用早期成功的基礎,這些組件具有復雜的幾何形狀,早期成功的案例使得GE能夠實現經驗“復制”與傳承的一大核心。GE9X的燃油噴嘴與LEAP發動機的燃油噴嘴基本相同,LEAP發動機通的燃油噴嘴常被認為是GE航空公司通過增材制造生產的第一個3D打印零部件。


        然而,GE在3D打印其首批LEAP燃油噴嘴之前,首先為超過400臺GE90發動機3D打印了T25傳感器外殼。當2015年第一個傳感器出現在GE90-94B噴氣發動機上時,它成為首個獲得FAA認證的增材制造的飛機發動機部件。


基于這些成功經驗,當GE9X的初期工作于2013年左右開始時,GE決定繼續3D打印燃油噴嘴和傳感器外殼就不足為奇了。GE9X熱交換器和誘導器是一個不同的故事。GE航空集團的換熱器傳統上由數十根細金屬管組成。用于GE9X的3D打印熱交換器具有完全不同的外形,其中包括優化的通道和復雜的內部幾何形狀,可充分利用增材制造可以實現的設計自由度。


       誘導器旨在提高發動機的耐用性,結合增材制造帶來的設計自由度,以滿足客戶需求的挑戰性技術要求。3D打印誘導器代表了GE在航空發動機領域的不斷發展,GE9X誘導器是設計工程師通過增材制造將多個零部件特征結合到一個部件的另一個例子。


       熱交換器和導流器展示了GE航空公司制造轉型的重大努力,而GE9X所使用的3D打印低壓渦輪葉片是GE自2013年以來一直在準備的一次飛躍,這些葉片由GE在意大利所收購的一家前供應商制造的,使用了GE 收購的Arcam 粉末床電子束熔融增材制造技術。


       數字化、新材料、3D打印正在推動航空發動機創新,GE已經發起對下一代航空發動機技術制高點的布局,并隨著GE9X 發動機獲得FAA認證與投入使用而將增材制造技術的應用推向新高點。


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