通用航空发动机生产线(100年的飞机发动机发展史)
从涡轮增压器到世界上最强大的商业喷气机引擎,通用航空集团(GE航空)的发动机发展史是一个90多年的创新发展史。
涡轮增压器
1917年美国加入第一次世界大战时,美国政府找到一家公司开发第一台飞机发动机“增压器”以推动美国航空业的发展。这个增压器(或者说是涡轮增压器)是安装在活塞发动机上。它利用发动机的废气来驱动空气压缩机,从而为飞机在高空提供推力。
通用航空第一个接受了挑战,但另外一家公司也获得了开发涡轮增压器的机会。这就是美国的首次军用飞机发动机竞争。在战时保密情况下,两家公司在美国军队要求测试验证前均测试和开发了各种设计。
在海拔14000英尺(约4267米)的派克峰 (Pikes Peak) 上,通用航空演示了一台350马力的涡轮增压发动机,由此开始了通用航空致力于开发使飞机飞得更高、更快和更高效的发动机开发历程。此次在峰顶的涡轮增压器测试也使通用航空签订了与政府的首次航空合同,为通用航空成为喷气式发动机世界霸主开辟了道路。
军用发动机:从冷战时期到保护自由的今天
通用航空的军事部门一直在致力于创新发展,从与空军研究实验室合作开发的革命性适应循环发动机 (ACE) 到为美国军队的改进涡轮机项目开发的通用航空3000。通用航空的下一代发动机产品致力于达到前所未有的速度、推力和燃料效率,并减少维护成本。这些改进将重大改变保护人类自由的军事方法。
这种野心是建立在从通用航空第一代工程师起积累的技术、知识和经验之上。通用航空喷气式发动机业务的迅速增长离不开J47战斗发动机的工业化生产,该发动机生产了35000多台。
由于“世纪系列”战斗机需要更多的动力,以使其达到两倍音速的飞行速度,通用航空对其喷气式发动机做出了重大改进,为其J79涡轮喷气发动机安装了可调静子。发动机中的可调静叶可以帮助压缩机在飞机起飞至提升到超音速时,处理大量的气流变化。
在30年内,通用航空建造了17000多台J79,这些发动机为F-104星际战斗机 (Starfighter)、F-4幻影 (Phantom) II、RA-5C义务警员 (Vigilante) 战斗机、B-58盗贼 (Hustler) 战斗机等提供了动力。基于J79开发的CJ805用在了康维尔880/990系列客机上,这标志着通用航空进入民用航空市场。
与此同时,通用航空还开发了新的燃气涡轮发动机以提升直升机的性能。20世纪50年代,800马力的T58涡轮轴发动机为美国西科斯基 (Sikorsky) HSS-1F直升机提供了动力,使该直升机成为美国首架涡轮直升机。该发动机也成为林恩小型发动机生产线的前身。
20世纪60年代,发动机得到进一步发展。通用航空开发了J93,为世界上最大、飞行高度最高、速度最快的轰炸机——美国空军的XB-70女战神 (Valkyrie) 轰炸机——提供动力。六个28800磅(约13063千克)推力的涡轮喷气发动机为500000磅(约226796千克)的验证机提供推力,使其在74000英尺(约22555米)的高空速度到音速的三倍。J93使用的创新技术仍用于如今的军用和商业发动机上。
1964年,通用航空推出了T64自由涡轮轴发动机/涡轮螺旋桨发动机,该发动机使用了耐腐蚀和耐高温涂料等创新技术,致使重型载重直升机出现。T64被用于美国海军、美国海军陆战队等所使用的西科斯基CH-53“海上种马”(Sea Stallion) 系列直升机。
当美国海军需要一个持久的和高效的引擎基于电力载波的洛克希德s 3维京反潜,通用电气TF34高旁路引擎。TF34也被美国空军选中,a - 10雷电攻击机II近距离空中支援飞机。
为给美国海军的洛克希德S-3“北欧海盗”舰载反潜机提供耐用、高效的发动机,通用航空推出了TF34高涵道比发动机。该发动机还被美国空军用于为A-10迅雷II (Thunderbolt II) 近距离空中支援飞机提供动力。
20世纪70年代,美国军队要求通用航空提供一种改进的涡轮轴发动机,为新一代直升机提供动力。结果,传奇的T700产生了。通过吸取越南战争的教训,T700使用了革命性的模块化体系结构为美军提供了非常可靠的动力。基于T700的CT7发动机系列为商业航空市场提供动力。自35年前推出以来,T700已经建造了2万多台,共计飞行1亿多个小时,T700和CT7系列至今仍被选为最先进直升机的动力装置。
80年代美国国防建设阶段,通用航空军用发动机的地位持续上升。1984年,美国空军将通用航空最可靠的F110发动机(基于F101的设计) 选为F-16C/D战斗机的动力装置,掀起“发动机大战”——通用航空与其竞争对手普惠 (Pratt & Whitney) 之间的激烈竞争。F110不仅被用于美国空军的F-16C/D飞机,也被以色列、希腊、土耳其、埃及、巴林、阿联酋、智利、阿曼、日本、韩国、沙特阿拉伯、新加坡等多个国家广泛使用。
与此同时,用于F/A-18黄蜂式战斗攻击机的F404发动机也投入生产。F404是世界上使用最普遍的战斗机引擎,在其于2008年退役之前,曾为世界10种机型共3700多架飞机提供动力,包括波音F/A-18黄蜂式战斗攻击机、萨博JAS 39“鹰狮”(Gripen) 战斗机、韩国T-50战斗机、印度“光辉”(Mark) I战斗机、洛克希德马丁F-117 隐形战斗机等。
进入21世纪,通用航空成为了军用发动机的世界领导者。用于F/A-18E/F超级大黄蜂式 (Super Homet) 打击攻击机和EA - 18G 咆哮者 (Growler) 舰载电子攻击机的F414涡轮风扇发动机可以产生22000磅(约9979千克)的推力。
1996年,首次收到资助,开始与罗尔斯罗伊斯 (Rolls Royce) 合作为联合打击战斗机 (JSF) 研发发动机。此次合作成功于2008年在通用航空位于俄亥俄州皮布尔斯的测试点完成了F136发动机的短程起飞垂直降落 (STOVL) 测试,并对F136进行了广泛的地面测试,包括通用航空陶瓷基复合材料的首次使用,为通用航空下一代商业发动机和军用发动机中这种革新性材料的广泛使用开辟了道路。
由于美国政府面临财务问题以及美国国防部的预算缩减,国会于2011年决定终止F136的资助计划,因此,2011年,该项目在完成近80%时终止。
基于自身开发高性能战斗机引擎的实力,2014年,通用航空通过自适应多用途发动机技术 (ADVENT) 项目与美国空军试验研究室成功合作完成世界首个自适应第三流体发动机的测试。在未来十年内,自适应循环发动机 (ACE) 将为军用战斗机带来变革。
通用航空成为商业发动机主导供应商
1971年,通用航空通过基于TF39军用引擎技术的CF6-6大涵道比涡扇发动机(安装在道格拉斯DC-10上)强势进入民用航空市场。CF6家族之后开开发了CF6-50、CF6-80、CF6-80C2和CF6-80E1。20世纪80年代,CF6家族引擎成为最受欢迎的宽体飞机引擎,这些飞机包括波音747和767,空客A300、A310和A330,以及麦道MD-11。
自1971年服役以来,CF6的飞行时间记录令人印象深刻,完全是其他任何商用飞机发动机无法比拟的。如果按一台发动机每天运行24小时、每年运行365天计算,其飞行时间相当于一台发动机运行26000多年的时间。
于1985年开始服役的CF6-80C2发动机为树立商业服务的可靠性设立了新标准,也为通用航空成为大型商业发动机的主导供应商起到了帮助作用。
也许最大的推力是美国政府将CF6-80C2 发动机选为美国总统747专机——空军一号——的发动机。
2011年,CF6庆祝服役40周年,更加巩固了通用航空宽体、大涵道比涡扇发动机的业务地位。
1971年,斯奈克玛公司 (Snecma) 将通用航空选为开发小型商业涡扇发动机的合作伙伴,由斯奈克玛和通用航空组建的合资公司,即CFM国际公司,成为航空历史上最伟大的成功之一。
通过合作产生了结合斯奈克玛风扇技术和通用航空核心技术的F101发动机。此次合作的目的是占领中短程飞机市场的份额,在20世纪70年代,该市场主要被低涵道比发动机占领。通用航空希望开发一个可与普惠JT&8 低涵道比发动机相竞争的动力装置。
尽管 CFM 正式成立于1974年,而且该公司直到1979年才收到首个订单(当时CFM56-2涡轮风扇发动机被选为DC-8系列60飞机的发动机),但之后美国空军将CFM56-2的军用版选为KC-135加油机的发动机。自此,CFM56开启了逐渐发展之路,至今已发展出了CFM56-3、CFM56-5A、CFM56-5B、CFM56-5C、CFM56-7等6个系列,共有28个型号,已经成为包括新一代波音737、空客A320系列、A340等22个型号飞机的动力。
如今,CFM 向全球450多家用户交付了21,000台发动机,而且每天每两秒就有一架CFM发动机驱动的飞机起飞。
船用和工业燃气涡轮发动机
作为世界领先的燃气涡轮飞机发动机制造商,通用航空将商业活动扩展到海洋和工业领域就不足为奇了。到目前为止,已售出超过1800 台用于海洋和工业领域的燃气涡轮发动机。
1959年,通用航空推出了在J79 基础上衍生而来的LM1500。LM1500最初安装在水翼艇上。
1968年,通用航空基于TF39发动机推出了20000轴马力的LM2500燃气涡轮发动机。LM2500 已经成为通用航空目前海洋和工业业务的支柱产品,全世界24个国家的海军共50多种船舶及快船在使用该发动机。20世纪80年代,通用航空基于F404发动机推出了LM1600,90年代,通用航空相继推出了LM2500、LM1600和LM6000。
21世纪的领导地位
1.世界最强大的喷气式发动机
20世纪90年代初,通用航空开发了通用航空90涡轮风扇发动机,为大功率、双引擎波音777提供动力。作为经过777飞机认证的发动机,通用航空90家族122,965磅(约55775千克)的稳定推力创造了世界纪录。并且,通用航空90最新的发动机通用航空90-115B被吉尼斯世界纪录评为“世界最强大的喷气式发动机”通用航空90-115B发动机配有世界最大的风扇(128英寸(约3.25米))、复合材料风扇叶片以及最大的发动机涵道比 (9:1),可以为任何商业运输发动机产生最大的推进效率。
1999年7月,波音公司选择通用航空90-115B的衍生发动机作为其长途777-200LR 和 -300ER 飞机的专用发动机,这成为通用航空历史上最重要的胜利之一。
通用航空90-115B代表了通用航空为波音777飞机打造全新通用航空90发动机策略的成功巅峰,通用航空90-115B为2004年投入服务的777-300ER提供了动力。
2.引领支线飞机发动机时代
20世纪90年代初,通用航空还推出了基于TF34军用发动机(为费尔柴尔德A-10攻击机和洛克希德S-3A反潜机提供动力)的CF34涡轮风扇发动机,由此产生的CF34-3A 和 -3B发动机为庞巴迪CL601和CL604公务机提供了动力,而CF34-3A1 和 -3B1也为庞巴迪的50座CRJ100和CRJ200支线飞机提供了动力。
90年代末,通用航空开发了CF34-8发动机系列,为庞巴迪CRJ700和 CRJ900,以及巴西航空E170和E175支线飞机提供动力。最近,通用航空还推出了CF34-10发动机系列,为巴西航空190和195支线飞机提供动力。
2002年,中国商用飞机有限责任公司(中国商飞)选择了CF34-10作为其ARJ21支线飞机的动力。
2008年11月标志着通用航空 ARJ21飞机飞行测试计划的开始,也是中国首次自主开发的支线喷气式飞机的首航。中国商飞订购了200多架ARJ21支线客机,而且未来20年内,还将增购850架。这将给通用航空航空的CE34发动机带来40多亿美元的潜在收入。
安静的CF34使旅行更舒适、更有效率。低噪声也使操作具有更大的灵活性。通用航空在过去十年内对CF34投入了10亿美元,CF34项目将为下一代支直线飞机提供最新技术。
3.为最大的商业客机提供动力
由通用航空和普惠 (Pratt & Whitney) 于1996年8月合资成立的发动机联盟公司 (Engine Alliance) 其目标旨在开发、制造、出售和为超大容量、长途飞机提供支持的现代技术发动机。
GP7200来源于航空史上两个最成功的宽体机发动机项目——通用航空90和PW4000系列。基于通用航空90和PW4000制造的GP7200提供了前所未有的性能、可靠性、环境水平和顾客价值。
2001年,法国航空公司 (Air France) 为其空客A380-800飞机配置了先进的GP7200发动机,2008年,GP7200又为阿联酋航空的A380-800飞机提供了动力。
4.设立发动机效率的新标准
在被选中为波音公司的787梦幻 (Dreamliner) 客机提供动力后,通用航空推出了新的商用飞机发动机——通用航空nx。通用航空nx发动机可以产生55000-70000磅(约24947-31751千克)的推力。最终,通用航空nx将取代通用航空非常成功的CF6发动机系列,该系列40年来一直为商业和军用宽体飞机提供动力。
通用航空nx发动机旨在满足或超过波音787双发动机飞机的性能目标。787将载客200-250人,飞行8300海里,预计将比现今同等尺寸的飞机节省20%的燃料。
通用航空nx通过性能改进项目后继续出售。通用航空nx-2B发动机被选中为波音747-8提供动力,2010年2月,通用航空nx-2B还为首航的波音747-8飞机提供了动力。
通用航空nx-1B发动机(为波音787梦幻客机提供动力)还获得了美国联邦航空管理局发动机的适航认证。2010年6月,通用航空nx-1B完成了在波音787梦幻客机上的首次飞行,而且仍是通用航空历史上销售速度最快的发动机,目前约有1300台的订单。
发展发动机以外的业务
2007年,通用航空收购了史密斯航空 (Smiths Aerospace)。该公司是一家英国公司,为飞机制造商提供集成系统,并为发动机制造商供应零部件。此次收购扩展了通用航空的产品线,为通用航空的商业和军用飞机发动机及相关服务开发了创新的飞行管理系统、电源管理、机械驱动系统和机载平台计算系统。
2年后,通用航空收购了Naverus, Inc.。该公司位于华盛顿,是一家先进的基于性能导航(PBN) 服务的供应商,包括为航空公司、空中导航服务提供商和机场提供所需导航性能 (RNP) 程序开发、PBN程序维护、业务支持和咨询。结合Naverus的 RNP 技术与通用航空自身的航空电子设备和飞行管理系统,使通用航空可以更好地满足客户的空中交通管理服务方案需求。
2009年,通用航空航空系统 (通用航空 Aviation Systems) 在波音787梦幻客机的首次飞行测试中,为该飞机提供了从飞机起飞到着陆的飞机系统、通用核心系统和起落架系统,成为通用航空航空系统的里程碑事件。
最近,通用航空 在美国试验了首个商业化的飞行路径,创造了历史。这个RNP路径可以自定义设置,以减少机场拥堵、缩短行程距离、减少飞行噪音以打造与社区和谐的飞行路线。
进军公务和通用航空业
2008年初,通用航空建立了一间新公司,以进军公务和通用航空市场。
1.商用、个人、农用和通用涡轮螺旋桨发动机
2008年年底,通用航空收购了Walter Engines的部分资产。这是捷克一家小型涡轮螺旋桨发动机和高精度加工零件生产商。通过此次收购,通用航空拓宽了通用航空的产品范围,也使其进入快速增长的小型、双引擎螺旋桨飞机市场。
收购之后,通用航空基于M601发动机推出了新的涡轮螺旋桨发动机H-80,用于通用、农用和改造飞机市场。2009年,画眉鸟飞机公司 (Thrush Aircraft) 选择H80为其画眉鸟 (Thrust) 510G 飞机提供动力,这标志着H80发动机的首次应用。2010年,H80发动机成功助力画眉鸟510G飞机的首飞。
2009年7月,通用航空将Power 90作为空中国王 (King Air) 90的首选转换引擎,并将士麦那航空中心 (Smyrna Air Center) 作为空中国王90的Walter M601E发动机的指定发动机安装中心,如今已经有12架空中国王安装了M601E-11A发动机。
2.小座舱商务机
2004年,通用航空和本田 (Honda) 各出资50%,在俄亥俄州辛辛那提市合资成立了通用航空 Honda Aero Engines。该合资公司综合了通用航空 和 Honda Aero, Inc.(本田建立的一家子公司,从事航空发动机业务)的资源。2006年,该合资公司推出了通用航空 Honda HF120发动机,为本田航空公司 (Honda Aircraft Company) 的轻型喷气式飞机HondaJet和Spectrum Aeronautical公司的商务机“自由”(“Freedom”) 提供动力。2010年下半年,搭载HF120发动机的HondaJet进行了首飞。
HF120涡轮风扇发动机综合了通用航空和本田的技术和质量,于2009年开始进行测试,测试的飞行时间达到15000小时。
3.大座舱商务机
2010年,庞巴迪选择通用航空航空为其全新的环球 (Global) 7000和环球8000商务机提供综合动力装置系统。通用航空为上述飞机推出了全新的Passport发动机。
Passport发动机将进一步扩大通用航空在超远程、大舱商务航空领域的市场,其中包括载客8人、航程达到7900海里的飞机。Passport发动机将
扩大在新兴市场的份额
通用航空在中国的市场不断扩大,目前有2000台通用航空和CFM56发动机在服役之中,另外还有1000台通用航空和CFM发动机被订购。
中国最畅销的飞机是空客A320和波音737系列,这些系列都是由CFM56发动机提供动力。通用航空的通用航空nx发动机也在中国非常受欢迎,已经有44架配有通用航空nx发动机的787梦幻客机订单。通用航空90、CF6和CF34发动机也在中国各大航空公司的飞机上很常见。
通用航空也在中东市场进行扩展。在2010年的范堡罗航空展上,阿联酋航空公司 (Emirates) 订购了30架配有通用航空90-115B发动机的777-300ER飞机,价值达到20亿美元。阿联酋航空公司还就通用航空90-115B发动机的维护和检修签署了12年的OnPointSM解决方案服务协议,协议价格超过10亿美元。
2009年,在巴黎航空展上,通用航空签订了80亿美元的订单,其中包括阿提哈德航空(Etihad) 选择通用航空nx-1B发动机为其全新的35架波音787-9飞机提供动力,并选择通用航空90-115B作为10架波音777-300ER飞机的动力。这两种发动机的订单总额达到22亿美元。
同样在2009年,通用航空和阿布扎比的穆巴拉达发展公司 (Mubadala Development Company) 签订了一项广泛协议,以扩大通用航空在中东的发动机维护、检修、全面修理网络,并进一步帮助穆巴拉达发展公司以阿布扎比为中心建造全球MRO(维护、维修和运行)网络。
展望未来
随着业务范围扩大到发动机、系统和服务,通用航空已经成为航空业的领先供应商。尽管有过去的成就,通用航空仍将继续努力,用今天开发的新技术促进航空业未来的发展。
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