里程碑!拥有300多个3D打印零件的GE9X 发动机获得FAA认证

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9月28日,GE航空宣布GE9X发动机已经获得美国联邦航空管理局(FAA)的认证。这是GE9X发动机为777X系列飞机提供动力的关键里程碑。

GE9X是新型双引擎波音777X的动力引擎,是世界最大商用航空发动机,该发动机可以提供约100,000磅推力。

正如GE 在GE9X官方宣传大片中所提到的“strengthened by additive manufacturing”,增材制造-3D打印技术在这一最大商用发动机的制造中发挥着重要作用。获得FAA认证不仅是GE9X发动机为777X系列飞机提供动力的关键里程碑,也是增材制造技术在航空发动机制造应用发展道路中的又一里程碑。

Video Cover_GE9XGE9X 宣传大片。来源:GE

增材制造赋能下一代发动机

FAR(联邦航空法规)第33部分认证涉及8台试验发动机。此项认证的成功使GE 航空丰富了商用喷气发动机产品组合,即包括用于波音787 Dreamliner的GEnx和CFM LEAP发动机,以及新通过认证的GE9X。

根据GE,为了获得认证,GE9X测试发动机完成了将近5,000小时和8,000个发动机循环,发动机的性能已通过广泛的地面和飞行测试得到验证。与GE90-115B相比,GE9X发动机的单位油耗(SFC)降低了10%,比同类产品中的其他发动机降低了5%。相比其他同类发动机,GE9X 的烟雾排放将更少。

GE9X-1GE9X 发动机。来源:GE

GE的重点仍然是与波音公司合作,完成777X飞行测试计划并投入使用。根据3D科学谷的了解,GE 目前已经生产了八架GE9X测试发动机和两架测试备件,并已交付给波音用于四架777X测试飞机中。GE 已组装了几台GE9X生产发动机,GE航空正在完成工厂验收测试。

GE航空集团目前正在对GE9X发动机进行3,000次额外的地面测试,以支持扩展运营(ETOPS)批准。GE9X团队还正在进行成熟度测试,从而帮助GE工程师做好准备,支持正在使用的发动机。

GE目前已收到600多个GE9X发动机的订单和意向。

block 关键制造技术

虽然GE9X还未正式投入商用,但已获得了诸多肯定。GE9X在去年获得了世界上推力最大发动机的吉尼斯世界纪录,它是GE航空史上燃油效率最高的喷气发动机,燃油消耗低于竞品10%;拥有直径134英寸的最大尺寸前风扇、复合材料风扇机匣和16片第四代碳纤维复合材‘’料风扇叶片……

除了这些硬核优势,还有一项关键技术是增材制造。GE 航空将增材制造列入了 “GE9X 发动机的9个事实“中。

GE9X 发动机的9个事实

1.在134英寸的复合材料风扇外壳在任何商业飞机发动机中都是最大的。

2.GE9X具有300多个增材制造零件。除GE9X发动机中的增材制造零件之外,GE 航空与其合资公司目前还拥有另外四个通过了FAA认证的3D打印零件:用于GE90-94B的T25传感器,CFM LEAP燃油喷嘴头,GEnx-2B电动门开启系统(PDOS)支架和GE Passport空气油分离器。

3.尽管尺寸很大,但按每分贝推力磅数计算,GE9X有望成为有史以来最安静的GE发动机。

4.GE9X引擎安装了第四代复合风扇叶片。GE的首个复合风扇叶片于1995年开始在GE90-94B发动机上投入使用。GE及其合资企业CFM在过去25年中使用复合叶片累计飞行时间超过1.38亿小时。

5.GE9X发动机中的16个复合风扇叶片是GE为商用喷气发动机生产的最低数量。GE90发动机有22个风扇叶片,GEnx有18个风扇叶片,较小的CFM LEAP发动机有18个复合风扇叶片。

6.GE9X创造了世界纪录,在2017年11月10日的GE户外测试工厂进行的工程测试中,产生了134,300磅的推力。GE90-115B在2002年创下了127,900磅的推力纪录。

7.GE航空在其波音747飞行测试床上进行了72次GE9X测试飞行,总计超过400小时。首次试飞日期为2018年3月8日。

8.GE9X发动机中有五个陶瓷基复合材料(CMC)组件,包括第一级高压涡轮(HPT)护罩,第一级和第二级HPT喷嘴以及燃烧室的内衬和外衬。GE航空在商用发动机中运行CMC零件方面拥有超过800万小时的经验。GE于1986年获得了有关CMC材料的第一项专利,并一直在继续开发这种材料。GE已在该技术上投资超过15亿美元,并在美国建立了第一条垂直整合的CMC供应链。

9.GE9X发动机的总压力比为60:1,是所有使用中的发动机中最高的压力比,这意味着发动机可以最有效地利用进气,从而提高燃油效率。

3D科学谷Review

根据3D科学谷的了解,GE9X拥有的304个增材制造-3D打印零件涵盖了七大类型。

Whitepaper_Aerospace Engine_32来源:《3D打印与航空发动机白皮书2.0

根据3D科学谷的了解,适用于增材制造的GE9X引擎上的组件制造与认证过程是复杂的。不过GE能够利用早期成功的基础,这些组件具有复杂的几何形状,早期成功的案例使得GE能够实现经验“复制”与传承的一大核心。

GE9X的燃油喷嘴与LEAP发动机的燃油喷嘴基本相同,LEAP发动机通的燃油喷嘴常被认为是GE航空公司通过增材制造生产的第一个3D打印零部件。

然而,GE在3D打印其首批LEAP燃油喷嘴之前,首先为超过400台GE90发动机3D打印了T25传感器外壳。当2015年第一个传感器出现在GE90-94B喷气发动机上时,它成为首个获得FAA认证的增材制造的飞机发动机部件。

基于这些成功经验,当GE9X的初期工作于2013年左右开始时,GE决定继续3D打印燃油喷嘴和传感器外壳就不足为奇了。

GE9X热交换器和诱导器是一个不同的故事。GE航空集团的换热器传统上由数十根细金属管组成。用于GE9X的3D打印热交换器具有完全不同的外形,其中包括优化的通道和复杂的内部几何形状,可充分利用增材制造可以实现的设计自由度。

诱导器旨在提高发动机的耐用性,结合增材制造带来的设计自由度,以满足客户需求的挑战性技术要求。3D打印诱导器代表了GE在航空发动机领域的不断发展,GE9X诱导器是设计工程师通过增材制造将多个零部件特征结合到一个部件的另一个例子。

热交换器和导流器展示了GE航空公司制造转型的重大努力,而GE9X所使用的3D打印低压涡轮叶片是GE自2013年以来一直在准备的一次飞跃,这些叶片由GE在意大利所收购的一家前供应商制造的,使用了GE 收购的Arcam 粉末床电子束熔融增材制造技术。

数字化、新材料、3D打印正在推动航空发动机创新,GE已经发起对下一代航空发动机技术制高点的布局,并随着GE9X 发动机获得FAA认证与投入使用而将增材制造技术的应用推向新高点。

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