El General Electric GE9X es un turbofan de alto bypass desarrollado por GE Aerospace exclusivamente para el Boeing 777X . Corrió por primera vez en tierra en abril de 2016 y voló por primera vez el 13 de marzo de 2018; impulsó el vuelo inaugural del 777-9 a principios de 2020. Recibió su certificado de tipo de la Administración Federal de Aviación (FAA) el 25 de septiembre de 2020. Derivado del General Electric GE90 con un ventilador más grande, materiales avanzados como compuestos de matriz cerámica (CMC), y mayores relaciones de derivación y compresión, fue diseñado para mejorar la eficiencia del combustible en un 10% en comparación con el GE90. Tiene una potencia nominal de 110.000 lbf (490 kN) de empuje, que es 5.000 lbf (20 kN) menos que la variante de mayor empuje del GE90, el GE90-115, con una potencia nominal de 115.000 lbf (510 kN).
En febrero de 2012, GE anunció estudios sobre un derivado más eficiente del GE90, llamándolo GE9X, para impulsar las variantes -8/9 del nuevo Boeing 777X . Iba a presentar el mismo diámetro de ventilador de 325 cm (128 pulgadas) que el GE90-115B con un empuje reducido en 70 kN (15 800 lbf) a una nueva clasificación de 443 kN (99 500 lbf) por motor. [1] El motor del 777-8X debía reducirse a 88.000 lbf (390 kN). [2]
En 2013, el diámetro del ventilador se incrementó en 9 cm (3,5 pulgadas) a 335 cm (132 pulgadas). [3] En 2014, el empuje se incrementó ligeramente de 102.000 a 105.000 lbf (450 a 470 kN) y el diámetro del ventilador se incrementó de 1,5 pulgadas (4 cm) a 133,5 pulgadas (339 cm). [4] En 2016, su precio de lista era de 41,4 millones de dólares . [5]
Se esperaba que el primer motor se probara en tierra en 2016, las pruebas de vuelo comenzarían en 2017 y la certificación se realizaría en 2018. [6] Debido a los retrasos, la primera prueba de vuelo se realizó en marzo de 2018, [7] y se esperaba la certificación en 2016. finales de 2019. [8]
El primer motor probado (FETT) completó su primera ejecución en abril de 2016. [9] Este motor completó 375 ciclos en 335 horas de funcionamiento, lo que validó el diseño del motor en términos de rendimiento aerodinámico , comportamiento del sistema mecánico y calor del sistema de aire secundario. gestión. [10]
El GE9X realizó pruebas de formación de hielo en el invierno de 2017. [11] El FETT se utilizó para pruebas terrestres en clima frío en condiciones naturales de formación de hielo , como niebla en el suelo ; Se realizaron cambios menores de diseño mediante fabricación aditiva en un mes. La certificación y evaluación de formación de hielo finalizaron durante el invierno 2017-2018 en Winnipeg, Manitoba . [10]
Se utilizaron condiciones simuladas de gran altitud para probar el GE9X en busca de formación de hielo en cristales de hielo (formación de hielo en el núcleo), lo cual fue un problema para el GEnx . Esta prueba mejoró la comprensión de la formación de hielo en el núcleo, así como del hielo de escarcha más familiar . Un cambio de diseño requerido para el GEnx fue la adición de puertas de derivación entre el impulsor y el compresor de alta presión que se abren hacia la ruta del flujo de aire para reducir la posibilidad de que cristales de hielo ingresen al núcleo. [10]
Los cambios de diseño entre FETT y el segundo motor a probar (SETT) abordaron las mejoras necesarias para cumplir con los objetivos de eficiencia: el área mínima en el conducto entre la salida de la turbina HP y la entrada de la turbina LP se modificó para establecer la línea operativa del compresor, la turbina y el ventilador. . El espacio libre de la punta en la parte delantera del compresor HP se modificó como resultado de la experiencia de funcionamiento inicial. Las pruebas SETT comenzaron el 16 de mayo de 2017 en Peebles, Ohio , 13 meses después de FETT; Fue el primer motor construido según el estándar de producción finalizado para la certificación. [10] Durante la prueba de bloque de 150 horas de la FAA, el brazo de palanca del estator variable (VSV) falló y su rediseño provocó un retraso de 3 meses. [12] A SETT le siguieron cuatro motores de prueba más en mayo de 2018. [13]
El programa de certificación comenzó en mayo de 2017. [11] Para la certificación participaron ocho motores adicionales, así como uno para la certificación ETOPS instalado en la góndola del avión. Se probó un motor central en la celda de pruebas de altitud de Evendale, Ohio , para verificar las vibraciones de las palas y los motores 003, 004 y 007 se ensamblaron en 2017, y el cuarto motor se usó para pruebas de vuelo más adelante ese mismo año desde Victorville, California . En 2018, se necesitaron diez motores conformes (incluidos dos motores de repuesto) para los cuatro aviones de pruebas de vuelo 777-9 . [10] La certificación de tipo estaba prevista para el cuarto trimestre de 2018. [14]
El 10 de noviembre de 2017, un motor GE9X alcanzó un empuje récord de 134,300 lbf (597 kN) en Peebles, un nuevo récord mundial Guinness que rompió el récord GE90-115B de 127,900 lbf (569 kN) establecido en 2002. [15] [16] El motor de prueba del bloque funcionó en sus límites operativos, en condiciones de triple línea roja: velocidad máxima del ventilador, velocidad máxima del núcleo y temperatura máxima de los gases de escape . Las pruebas de formación de hielo comenzaron en Winnipeg a finales de 2017. Los motores de prueba de vuelo iniciales del 777X se enviaron en 2018 para un vuelo inicial del 777-9 a principios de 2019. [17] Una cuarta parte de las pruebas de certificación se realizaron en mayo de 2018: formación de hielo, Viento cruzado /distorsión de entrada, distorsión de entrada , vibraciones de aspas de ventilador y de refuerzo , vibraciones de aspas de turbina HP y estudio térmico . [13]
Como era más grande que el GE90, el GE9X sólo podía instalarse debajo del ala del Boeing 747-400 con sus puntales de tren principal más grandes y neumáticos más grandes y no en el banco de pruebas anterior del 747-100 GE. El motor estaba inclinado 5° más que el GE CF6 . [14] Boeing construyó un pilón especialmente diseñado para el banco de pruebas. [10] Suspendido sobre un puntal de 19 pies (580 cm), el cuarto motor del programa comenzó las pruebas de vuelo a finales de 2017. El motor, con un diámetro de ventilador de 134 pulgadas (340 cm), está instalado en un 174 pulgadas (440 cm) de diámetro de la góndola, con 1,5 pies (0,46 m) de distancia al suelo. [17] El motor y la góndola pesaban 40.000 lb (18 t) con su nuevo pilón y refuerzo del ala, en comparación con 17.000 lb (7,7 t) del CF6-80C2 y su pilón. [18]
En febrero de 2018, el primer vuelo del GE9X se retrasó debido a problemas descubiertos en los brazos de palanca de las paletas del estator variable (VSV) del compresor de alta presión (HPC). Además, una revisión de rutina en los motores CF6 del banco de pruebas 747 descubrió corrosión en la caja del ventilador y perfiles aerodinámicos de turbina de alta presión en los límites permitidos. [19] Voló por primera vez el 13 de marzo con el diseño anterior del brazo de palanca VSV. [7] A principios de mayo, se completó la primera fase de dos pruebas de vuelo después de 18 vuelos y 110 horas de funcionamiento: se exploró la envolvente de gran altitud del GE9X y se evaluó su rendimiento de crucero. La segunda fase estaba prevista para comenzar en el tercer trimestre. [13]
En octubre de 2018, se había completado la mitad de la certificación y se utilizaron ocho motores de desarrollo, principalmente en Peebles, Ohio : el n.º 1 estaba almacenado; se separó deliberadamente una paleta del ventilador del cubo del ventilador del número 2 en el impulso de despegue para la prueba de salida de la paleta ; #3 se usó para pruebas en tierra con viento cruzado y pruebas cíclicas y de carga del conjunto de cascada del inversor de empuje ; #4 exploró los límites de la envolvente de vuelo, como las bajas altitudes; #5 realizó una prueba de resistencia con rotores deliberadamente desequilibrados para hacer que el motor vibre en los límites de vibración permitidos en servicio, un requisito para la certificación ETOPS; #6 realizó pruebas de ingestión más adelante en 2018; después de las pruebas de sobretemperatura de la turbina LP, el número 7 realizó una segunda fase de prueba de formación de hielo en Winnipeg, Manitoba ; #8 hizo la prueba de resistencia de 150 h de triple línea roja de la FAA. Se necesitaron ocho motores conformes, más dos de repuesto, para las pruebas de vuelo del 777-9. [12]
Una segunda fase, de 18 vuelos, comenzó el 10 de diciembre para evaluar el software de control del motor y el rendimiento en caliente y alto y duró hasta el primer trimestre de 2019 antes de la certificación de la FAA ese mismo año. Para entonces se habían completado las pruebas de ingestión de agua, viento cruzado, pala, granizo , ingestión de pájaros y bloqueo o resistencia. Las pruebas de vuelo se realizaron en Victorville, California , y se extendieron hasta Seattle , Colorado Springs, Colorado , Fairbanks, Alaska y Yuma, Arizona . [20]
Hasta el 4 de enero de 2019, se habían completado ocho vuelos de prueba y 55 horas de funcionamiento. [21] A finales de enero, la carcasa de la turbina y el puntal del bastidor trasero resultaron dañados durante la prueba de salida de palas y se rediseñaron los componentes pertinentes. A principios de mayo, el programa de pruebas de vuelo se completó después de 320 horas de funcionamiento, durante las cuales se estableció el consumo de combustible en crucero a gran altitud. Los motores se modificaron a un estándar de configuración final certificable antes del vuelo inaugural del 777X, retrasado más allá del 26 de junio previsto anteriormente por un problema del estator en la parte delantera del compresor de alta presión de 11 etapas . Antes de la certificación, las pruebas finales incluían una prueba de bloque de durabilidad total, que reemplazaba la prueba habitual de "triple línea roja" a EGT máximo y a ambas velocidades del rotor, ya que los motores modernos de alta relación de derivación no pueden alcanzar todas las condiciones máximas cerca del nivel del mar. [22] El rediseño del estator del compresor de alta presión retrasó la certificación del motor hasta el otoño, lo que retrasó el primer vuelo del 777X hasta enero de 2020. [8]
El 25 de enero de 2020, el GE9X realizó su primer vuelo en el 777X, volando durante 3 horas y 52 minutos, antes de aterrizar en Boeing Field. El 28 de septiembre, GE anunció su certificado de tipo FAA , cuando ocho motores de prueba completaron 8.000 ciclos y 5.000 horas de funcionamiento. La aprobación ETOPS necesitaba completar 3.000 ciclos de pruebas en tierra como requisito para la entrada en servicio. [23]
En 2022, un problema diferente con el GE9X detuvo las pruebas del 777X. [24]
El GE9X aumenta la eficiencia del combustible en un 10 % con respecto al GE90. [1] Su relación de presión general de 61:1 debería ayudar a proporcionar un consumo de combustible específico de empuje (TSFC) un 5% menor que el XWB-97 con costos de mantenimiento comparables a los del GE90-115B. [6] Al empuje inicial de 105.000 lbf (470 kN) le seguirán variantes reducidas de 102.000 y 93.000 lbf (450 y 410 kN). [13] GE invirtió más de 2 mil millones de dólares para su desarrollo. Su góndola tiene 184 pulgadas (4700 mm) de ancho. [25]
La mayor parte del aumento de eficiencia proviene de la mejor eficiencia de propulsión del ventilador con mayor relación de derivación. [12] La relación de derivación está prevista en 10:1. [2] El ventilador está alojado en una caja de 134 pulgadas (340 cm) de diámetro. [26] El GE9X tiene 16 aspas , mientras que el GE90 de tamaño similar tiene 22 y el GEnx más pequeño tiene 18. Tener menos aspas del ventilador reduce el peso del motor, mejora la eficiencia aerodinámica y permite que el ventilador y el propulsor de baja presión (LP) giren más rápido. para igualar mejor su velocidad con la turbina LP. Las aspas del ventilador cuentan con bordes de ataque de acero y bordes de salida de fibra de vidrio para absorber mejor los golpes de aves con más flexibilidad que la fibra de carbono. [5] Los materiales compuestos de fibra de carbono de cuarta generación , que constituyen la mayor parte de las aspas del ventilador, las hacen más ligeras, delgadas, resistentes y eficientes. [27] El GE9X también utiliza una carcasa de ventilador compuesta de fibra de carbono, desarrollada por primera vez para el GEnx, para reducir aún más el peso. [28]
El compresor de alta presión (HP) es hasta un 2% más eficiente. [12] Como el ventilador GE90 de 129,5 pulgadas (329 cm) dejaba poco espacio para mejorar la relación de derivación, GE buscó eficiencia adicional aumentando la relación de presión general de 40 a 60, enfocándose en aumentar la relación del núcleo de alta presión de 19: 1 a 27:1 mediante el uso de 11 etapas de compresor en lugar de 9 o 10, y una cámara de combustión de pre-giro doble anular (TAPS) de tercera generación en lugar de la cámara de combustión anular dual anterior. Capaces de soportar temperaturas más altas, los compuestos de matriz cerámica (CMC) se utilizan en dos revestimientos de la cámara de combustión, dos boquillas y la cubierta de la turbina de etapa 2 LEAP de CFM International . Los CMC no se utilizan para los álabes de la turbina de la primera etapa, que tienen que soportar calor extremo y fuerzas centrífugas. Estas son mejoras planeadas para la próxima versión de la tecnología de motores. [29]
La cubierta de la turbina HP de primera etapa , las boquillas de la turbina HP de primera y segunda etapa y los revestimientos interior y exterior de la cámara de combustión están hechos de CMC, solo componentes estáticos, y funcionan a 500 °F (260 °C) más calientes que las aleaciones de níquel con algo de enfriamiento. . [12] Los CMC tienen el doble de resistencia con un tercio del peso del metal y requieren un 59 % menos de enfriamiento. [6] En total, el motor tiene 65 componentes CMC, la mayor cantidad de cualquier motor de avión comercial en el momento de su introducción.
El compresor está diseñado con aerodinámica 3D y sus primeras cinco etapas son blisks , combinación de palas y discos. La cámara de combustión es de combustión pobre para una mayor eficiencia y un margen de NOx del 30 % según CAEP/8. El compresor y la turbina de alta presión están fabricados de metal en polvo . Los perfiles aerodinámicos de las turbinas de baja presión fabricados con aluminuro de titanio (TiAl) son más resistentes, ligeros y duraderos que las piezas a base de níquel . [26] La impresión 3D se utiliza para fabricar piezas que de otro modo serían imposibles de fabricar mediante procesos de fabricación tradicionales. [27]
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