波音完成首架777x组装,预计明年完成首飞

来源:航空之家AH,爱活网

发布时间:2018年11月23日下午 01:11:25

作为一款含着金钥匙出生的客机,波音对于777X可以说是费尽心血,现在距离华盛顿埃弗雷特工厂开启生产已经过去了整整一年,波音也终于等到了这架飞机试飞版本的总装成型,剧情继续如此顺利的上演下去的话,首架波音777X试飞飞机就可以在2019年完成首飞。据波音介绍,与竞争机型相比,777X的油耗低12%,运营成本低10%。
 
作为当下机身长度最长的商业飞机,波音777X的翼展达到72米,为了能够更好的适应现有的E类机场停机坪规模,波音为777X客机设计了可折叠机翼,机翼末端折起后,翼展将会缩减至65米左右,从结构和受力的角度来看,实现这样的设计绝非易事。

而众航空公司对于这样一款庞然大物也是钟爱有加,毕竟作为一款全新的客机,波音777X所用到的技术全都是当下行业顶尖,特别是在发动机油耗、维护成本以及其他运营成本方面,波音777X理论上表现要比目前同级别客机强得多,在超高燃油效率民用发动机GE9X以及第四代全新复合材料机翼设计等最新技术的加持下,即使相比自家的777-300ER,波音777X的单是油耗方面就有20%的节省,再加上最多400名乘客的载客量(777-9X)以及17220公里的最大航程(777-8X),大概没有哪家航司能拒绝这样经济的表现吧。

目前在华盛顿埃弗雷特工程完成的,是一项名为“最终机体对接”的生产环节,这一环节主要是将飞机的机头、中机身段以及后机身段连接起来,最终拼合成为一架长达77米的庞然大物。

机体对接并非完成一架飞机的最后一步,在完成对接后,还要继续进行检修、安装机载系统、调整发动机及起落架、铺架电缆以及功能试验等等一系列极其复杂的流程,但从宏观上来讲,这架飞机在机体方面已经成功拼装完成,其余的只是些细碎的小工程,基本不会对整体完成时间造成太大的影响。

所以说波音777X在2019年完成首飞任务几乎是没什么悬念的事儿,而阿联酋航空则会在2020年喜提第一架走下生产线的波音777X,全日空、汉莎、卡塔尔等其它迟一步下订单的航司则只能再等等了。

波音777X
波音公司在2013年11月迪拜航空展览会上正式宣布启动777的后继机—777X的研制工作。双发双通道的777X有2个型号即777-8X与777-9X。777-8X是777-200/-200LR的后继机,机身加长5.85m,机长达到69.5m,载客量增加52名,标准三级客舱布局为352座,航程17720km以上,将与A350XWB-1000直接竞争。

与777-300ER相比,777-9X三级舱等配置将可搭载407名乘客,该机型将配置更长的水平尾翼,且机身将比777-300ER延长2.13m,总长度为76.5m,超过B747-8的76.3m,将取代B747-8成为世界上最长的客机,航程15200km,将成为世界上最大的双发客机。

波音公司还宣称:777X将是世界上最大、最先进和效率最高的双发客机,使乘客充分享受空中飞行的愉悦,同时燃油消耗和使用成本降低到一个新水平,与竞争机型相比,油耗低12%,,运营成本低10%等。

从外观上来看,777X最大的变化体现在机翼上,为了提供更高的气动效率,波音为777X设计了全新的用复合材料的机翼,机翼翼展71.8m,比777-300ER的64.8m多出7m。

为了克服气动效率和机场适应性之间的矛盾,波音公司把777X的机翼设计成可以折叠。在空中飞行时为展开状态,降落后将机翼折起,即翼尖向上折起约3m。折起后的翼展为64.8m,这样就可让777X与777共用停机坪。这是旅客机中第1次釆用可折叠的机翼,波音公司有设计可折叠机翼的经验,它为海军研制的F/A-18机翼就是可以折叠的。

但大型旅客机重量比战斗机的要大得多,要求也高得多,因此这项设计也是考验波音公司能力的试金石。波音公司为制造这个机翼投资20亿美元,新建一所工厂,经过几年的拼搏,终于在2018年5月18日,777X的折叠机翼获得了FAA颁发的适航证,为777X投入运营创造了有利条件。

选择GE9X发动机
在波音公司启动777X项目后,三大航空发动机公司均提出了满足飞机要求的发动机方案,即GE公司的GE9X,普惠公司提出推力为440kN更大的齿轮传动风扇PW1000G,罗罗公司提出的方案是在遄达1000与遄达XWB基础上发展的RB3025。

波音公司在2013年3月宣布,决定GE9X为777X系列的唯一发动机选择,对于这项决定当时还遭到航空公司的质疑。

GE9X发动机由1级大直径风扇、3级增压压气机、11级高压压气机、第3代双环预混涡流器(TAPS)燃烧室、2级高压涡轮与6级低压涡轮组成,发动机的涵道比为10.3,总压比为61.0,推力为10万lbf(454kN)级,耗油率比GE90-115B低10%。

2018年3月,GE9X装在GE公司的由B747改装的飞行试车台进行首次飞行试验共飞行了4Hr。由试飞飞行试车台来看,驱动B747的发动机为GE的CF6-80C2,相比之下GE9X显得硕大无比。GE9X计划于2019年取得适航证,用GE9X作为动力的777-9X将于2020年投入运营。

GE9X的设计特点
GE9X是在GE90-115B与GEnx的基础上,加上近期发展的许多先进技术与材料等研制出的全新高性能发动机,其涵道比为10.3,比GE90-115B提高了14% (GE90-115B为9.0),总压比为61.0,比GE90-115B提高了30% (GE90-115B为42),仅此两项就使发动机的推进效率与热效率提高较大,加上引用了一些新技术,使发动机的耗油率比GE90-115B低10%,比与其竞争的发动机例如遄达XWB低5%。

GE9X的风扇叶片是世界直径最大的,其叶尖直径为3.4m,采用GE公司的第4代碳纤维复合材料制成。第4代碳纤维复合材料采用了刚性更高的碳纤维与新的环氮树脂,为了增大叶片的强度,叶片前缘包复的钛合金薄片攺为合金钢的薄片,因此叶片可以做得比GE90、GEnx叶片更薄;由于采用了先进的3维(3D)掠形设计,使风扇叶片后掠更大、叶弦更宽,叶片数更少,为16片(GE90为22片,GEnx为18片),这也使GE9X成为所有大涵道比涡扇发动机中风扇叶片最少的发动机。

由于风扇叶片数少,叶身较薄,加上采用了最新的气动设计,使空气在风扇中流通能力加大,在同样的风扇叶尖直径下,发动机推力可增大;气动性能好,提高了风扇效率;由于风扇叶片采用了第四代复合材料制作,提高了叶片强度,使风扇叶尖可采用比其前驱的切线速度高,从而提高了低压涡轮转速,使低压涡轮效率增大。较薄的复合材料风叶片质量较轻,可减轻支承风扇转子的结构质量,可减少发动机总质量等。因此有人用薄、尖、弯三个字形容GE9X风扇叶片的特点。

GE9X釆用了与GEnx相似的耐久性高、重量轻的复合材料风扇机匣,它的包容环也是用复合材料做成。与金属材料风扇机匣相比,复合材料风扇机匣将使每台发动机的质量减轻159kg左右大。

釆用先进的3D气动方法设计的11级高压压气机的增压比为27,是大涵道比涡扇发动机中增压比最高的高压压气机,这是由于要达到60.1的总压比而采用的,其平均级压比为1.349,低于GEnx的1.368(10级增压比为23),与GE90的1.348(10级增压比为20)相当。

由于GE9X总压比(60.1)大于GEnx的45.0,高压压气机出口空气温度比后者高许多,因此高压压气机后几级轮盘采用了高压涡轮轮盘中采用的第4代粉末冶金材料。高压压气机中前6级采用了整体叶盘结构并焊接成一件,在大涵道比风扇发动机中,是采用整体叶盘级数最多的高压压气机。

GE9X燃烧室是基于GEnx发动机和LEAP发动机的燃烧室系统发展的,但是工作的压力和温度将更高,称为笫三代TAPS(双环预混涡流器)燃烧室,第一、二代TAPS 燃烧室分别用于GEnx与LEAP中。

TAPS燃烧室的主燃级燃油喷嘴是气动雾化式,主混合器空气旋流器的高压空气气流与主燃级燃油的射流垂直相交,使主燃级燃油的雾化更充分,混合度更高,可在燃烧室内形成稳定的主燃级燃烧回流区,以便实现贫油燃烧,从而达到低污染排放的目的。

预燃级燃烧回流区和主燃级燃烧回流区可形成一定的交叠,从而形成预燃/主燃旋流交叠区。这样TAPS 燃烧室可以仅用一套喷嘴系统实现发动机不同工况燃烧的要求,可实现发动机全工况的贫油燃烧。因此, TAPS 燃烧室的燃油燃烧效率高,火焰温度低,燃烧室出口温度场也均匀,污染物排放低。

GE9X的第三代TAPS燃烧室中有1个显著特点,就是内、外火焰筒均由陶瓷基复合材料CMC制成,这是世界上第1次不用镍基合金而用非金属的CMC制作内、外火焰筒的发动机。

陶瓷基复合材料CMC是由碳化硅(俗称金钢砂)陶瓷纤维与陶瓷基体组成,再溶入树脂并加以涂层强化,它的密度仅为镍基合金的三分之一,能大幅度降低零件的质量,它的强度为金属材料的二倍,另外它这能耐更高的温度(1204℃)。

火焰筒采用CMC后,不仅重量轻,而且可减少冷却火焰筒的空气量,使进入混合器的空气量加多,形成贫油燃烧,使燃烧室性能更好,因此排放的污染物大大低于本世纪新的排放标准CAEP-8的要求。

GE9X燃油喷嘴头部结构比较复杂,用常规的加工方法耗时较多,GE公司采用了3D打印技术(增材加工)来制造喷嘴头部,采用钴-铬粉末加工的。用3D打印技术能大大降低了加工时间,特别是在调整试验燃烧室性能时,更易实现喷嘴设计的早期迭代,能够将设计更改和试验迅速合并,这将节省大量时间。GE公司的LEAP发动机是第一次釆用3D打印技术生产燃油喷嘴的。

CMC在GE9X中不仅用于火焰筒中,而且还用于高压涡轮1、2级导流叶片与1级机匣内衬环上,如所示。毫无疑问,GE9X是世界上采用CMC零组件最多的民用发动机。

GE9X的高压涡轮盘采用了先进的高温镍基粉末合金R104(第4代粉末冶金材料),高压压气机后几級轮盘也釆用了这种合金。

GE9X的低压涡轮为6级,比GEnx的7级少1级,这是由于风扇叶片如前所述叶尖切线速度提高,使低压转子转速提高所获得的成果。第5、6级工作叶片釆用了在GEnx 6、7级低压涡轮叶片中用的4822钛铝合金TiAl,这种合金具有密度低、高的比强度和比弹性模量,高温时仍可保持足够高的强度和刚度,同时具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等突出特点,能降低叶片的质量,据称在GEnx发动机最后两级低压涡轮工作叶片中釆用TiAl合金后,使发动机质量降低了90kg。在GE9X中,采用TiAl合金的这两级叶片也是用3D打印技术生产的。

GE9X发动机NOx的排放量比GEnx的低30%,低于用于2020年后的CEAP(航空环境保护委员会)/8环保标准规定的要求。GE9X发动机的噪声值比第5阶段规定的噪声极限低8 db。

当2020年用GE9X作动力的777X投入运营時,将标志着大涵道比涡轮风扇发动机进入到一个崭新的发展阶段。

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