通用电气航发百年史(四)
六十年代也是超音速客机的时代,英法的“协和”式与苏联的图-144正在竞争世界第一,美国当然不能落后,波音2707不仅更大,载客300人,还要更快,达到M2.7。波音要用2倍音速以上的速度再创707那样的辉煌,特意命名为2707。通用电气负责发动机,GE4成为世界最大的喷气发动机,长达8.3米,直径1.8米,重达5.1吨,尺寸与米格-15的机体相仿,重量甚至超过后者的空重,加力推力达到220千牛,甚至略微超过麦道F-15A的两台普拉特-惠特尼F100-100的加力推力之和。但由于经济性太差和大量技术难关,波音2707最终下马了。
尺寸和整个米格-15相仿的GE4原本要用于波音2707超音速客机,后来下马了
不过与波音2707同时代的DC-10还算成功,用CF6推进
另一方面,通用电气在1967年推出划时代的T700涡轴,用于西科斯基UH-60“黑鹰”直升机和波音AH-64“阿帕奇”武直。这是一台单转子发动机,但用轴流-离心混合式压气机达到双转子的增压效果,不仅功率大,还保留了轻小紧凑、简单可靠的特点。50年后,T700依然足够先进,但通用电气在T700的基础上用新技术、新材料推出深度改进的T901,功率增加50%,油耗下降25%,寿命延长20%,而且成本比普拉特-惠特尼和霍尼韦尔联手组成的竞争对手低30%,赢得了美国陆军ITEP计划的竞标,用于对现有的1300多架“黑鹰”和600多架“阿帕奇”进行发动机升级。
在涡轴方面,通用电气推出一代经典T700,用作“黑鹰”和“阿帕奇”的动力
1973年中东战争后,阿拉伯国家动用石油武器反击,石油危机使得民航发动机降低油耗具有压倒一切的重要性,“无涵道涡扇”(简称UDF)发动机成为热点。UDF也称浆扇发动机,这是把涡扇的风扇尺寸加大,取消外涵道,因此等效为涵道比无穷大的涡扇,最大限度地发挥涡扇的优点。与涡浆相比,UDF的叶片为弯刀形,推迟了叶尖激波的产生,不仅有利于提高螺旋桨转速,也提高了飞机的巡航速度。通用电气的UDF以F404为核心发动机,在1986年装上一架波音727首飞,节油效果显著,但噪声问题无法解决,最后下马。通用电气不是唯一捣鼓UDF的,大家碰到同样的问题,一起下马。40年后,更加先进的叶片气动设计和其他先进技术使得噪声也得到控制,UDF有回潮的动向。
通用电气试图结合涡扇与涡浆的优点,推出桨扇,节油显著,但噪声问题难以解决,只能下马
进入90年代,双发宽体已经成为主流,但依然以中程、中高流量为主。波音更进一步,推出波音777,载客量和航程直逼四发宽体的波音747,在经济性(包括油耗和维修)上是一个大跃进,相应也要求史无前例的大推力高可靠涡扇。GE90隆重登场。这是通用电气25年来第一台全新设计而且没有军用发动机渊源的大推力涡扇,创造了众多推力、油耗和可靠性记录,部分秘密在于来自UDF的超大直径宽弦风扇叶片,采用重量轻、刚度高、耐冲击、耐疲劳的复材和好似现代派雕刻的大弯度设计,直径高达3.1米。波音计划在2020年投入使用的波音777X(可看作第三代波音777)采用的GE9X是GE90的深度改进。
用GE90推动的波音777开创了远程双发宽体的世界,不经意中把自己的千年女王波音747和空客的A340一并谋杀了
波音777vs波音737和GE90vsCFM56的大小差别很显然
第三代波音777采用GE9X,这是GE90的深度改进
在大力耕耘大推力的时候,通用电气也没有忘记小推力,CF34用于从庞巴迪CRJ、巴西航空ERJ到中国ARJ21的大量支线客机
GEnx则用于推进划时代的波音787
与此同时,通用电气也没有放弃小推力涡扇。80年代就推出的CF34性能不错,但在90年代更新设计后,帮助庞巴迪推出CRJ系列支线客机,开辟了支线航空的喷气时代。巴西航空工业也忙不迭地推出ERJ家族,与庞巴迪联手完成了支线航空的喷气化。在庞巴迪退场和巴西航空工业“卖身”之前,CF34造就了民机世界波音-空客加庞巴迪-巴西航空工业的2+2局面,曾经风靡一时的涡浆客机被彻底边缘化了。除了各种公务机外,中国的ARJ-21和B-52轰炸机换发也都采用CF34。
进入21世纪,波音再次发力,推出远程中流量点到点的波音787。波音787与容量更大的波音777两头夹击,把空客寄予厚望的超大载客量的A380谋杀了,顺带也谋杀了自家的千年女王波音747。通用电气在2004年退出GEnx,与罗尔斯-罗伊斯Trent 1000一起,成为波音787的发动机选项。GEnx比传统的CF6-80的油耗降低15%,寿命提高30%,噪声降低30%。到2018年初为止,在1277架波音787订单中,GEnx占53.3%,Trend 1000占32.9,另有13.8%尚未决定。
至此,通用电气成为西方航发大三中唯一的“全频谱”厂家,产品从小推力(CF34)到中推力(LEAP)到大推力(GEnx和GEX)全范围覆盖。普拉特-惠特尼除了与通用电气合作并且只有A380一种飞机使用的GP7000,已经退出大推力,现在专攻中小推力(PW1000G系列);而罗尔斯-罗伊斯除了已经过气的V2500和没有太多声色的BR700,已经退出中小推力,专攻大推力(Trent系列)了。
在战斗机发动机方面,通用电气错失了F-22和F-35的发动机,但在三涵道方面领先于普拉特-惠特尼,有可能在下一代战斗机发动机技术方面扳回一局
在战斗机发动机方面,通用电气依据落选的YF120变循环发动机的经验,积极投入美国空军研究实验室(简称AFRL)主持的ADVENT(现改为AETD)三涵道变循环发动机技术预研项目,这是比DARPA更接近实用级的预研。156千牛级推力、推重比为9的普拉特-惠特尼F119代表了第四代战斗机发动机的水平,但下一代战斗机需要进一步降低超巡油耗,还要满足降低喷气红外特征、主动配合进气道控制、提供机载系统的散热能力等全新要求,不仅需要能在涡喷和涡扇之间无缝过渡的变循环,还需要在传统涡扇的内外涵道之外增加第三涵道。普拉特-惠特尼由于技术惯性,在一开始希望从F119/135这样双涵道涡扇渐进发展,继续深挖潜力,在美国空军明确要求变循环和三涵道之后,才积极投入变循环三涵道的科研,而毕竟是“外戚”的罗尔斯-罗伊斯已经不被邀请参加了。一般认为,AETD的获胜者将主导下一代战斗机发动机的研发。
通用电气的先进发动机技术不仅集中于GEnx、LEAP、AETD,还渗入各种并不高大上的项目,力保全方位领先,如用于庞巴迪全球7500公务机的Passport系列小涡扇、与普拉特-惠特尼加拿大PT-6A竞争的Catalyst系列逆流涡浆/涡轴等。通用电气还通过并购获得了增材制造(也称3D打印)方面的翘楚莫里斯技术公司,将在未来航发制造中大量使用增材制造。
通用电气的航发事业的第一个100年是精彩的100年。爱迪生可能没有想到,他发明的电灯泡竟然演变出这么大一个航发公司。