El General Electric GE9X es un turbofán de alto índice de derivación desarrollado por GE Aerospace exclusivamente para el Boeing 777X . Su primera prueba en tierra tuvo lugar en abril de 2016 y su primer vuelo 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 índices 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 5000 lbf (20 kN) menos que la variante de mayor empuje del GE90, el -115B.
Desarrollo
En febrero de 2012, GE anunció estudios sobre un derivado más eficiente del GE90, llamado GE9X, para impulsar las variantes -8 y -9 del nuevo Boeing 777X . Iba a tener el mismo diámetro de ventilador de 128 pulgadas (325 cm) que el GE90-115B con un empuje reducido en 15,800 lbf (70 kN) a una nueva clasificación de 99,500 lbf (443 kN) por motor. [ 1 ] El motor para el 777-8X iba a ser reducido a 88,000 lbf (390 kN) . [ 2 ] El motor también fue diseñado originalmente con góndolas dentadas como el 787 , 737 MAX y 747-8 , pero la góndola dentada fue posteriormente descartada después de que un estudio encontrara una penalización de combustible del 0.5% con góndolas dentadas en 2023.
En 2013, el diámetro del ventilador aumentó 3,5 pulgadas (9 cm) hasta 132 pulgadas (335 cm) . [ 3 ] En 2014, el diámetro del ventilador aumentó otras 1,5 pulgadas (4 cm) hasta 133,5 pulgadas (339 cm) , aumentando ligeramente el empuje de 102 000 a 105 000 lbf (450 a 470 kN) . [ 4 ]
Se esperaba que el primer motor se probara en tierra en 2016, que las pruebas de vuelo comenzaran en 2017 y que la certificación se realizara en 2018. [ 5 ] Debido a los retrasos, la primera prueba de vuelo tuvo lugar en marzo de 2018, [ 6 ] y se esperaba la certificación a finales de 2019. [ 7 ]
Pruebas en tierra
El primer motor a probar (FETT) completó su primera prueba en abril de 2016. [ 8 ] 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 gestión del calor del sistema de aire secundario. [ 9 ]
El GE9X realizó pruebas de formación de hielo en el invierno de 2017. [ 10 ] El FETT se utilizó para pruebas en condiciones de frío intenso en tierra, en condiciones naturales de formación de hielo , como niebla ; se realizaron cambios menores en el diseño mediante fabricación aditiva en el plazo de un mes. La certificación y evaluación de la formación de hielo finalizaron durante el invierno de 2017-2018 en Winnipeg, Manitoba . [ 9 ]
Se utilizaron condiciones simuladas de gran altitud para probar el GE9X en cuanto a la formación de hielo por cristales de hielo (hielo en el núcleo), un problema que también se presentó en el GEnx . Estas pruebas permitieron comprender mejor la formación de hielo en el núcleo, así como el hielo de escarcha, más conocido . Un cambio de diseño necesario para el GEnx fue la adición de compuertas de derivación entre el compresor auxiliar y el compresor de alta presión, que se abren hacia el flujo de aire para reducir la probabilidad de que los cristales de hielo entren en el núcleo. [ 9 ]
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 de alta presión (HP) y la entrada de la turbina de baja presión (LP) se modificó para establecer la línea de operación del compresor, la turbina y el ventilador. La holgura de la punta en la parte delantera del compresor HP se modificó como resultado de la experiencia de funcionamiento inicial. Las pruebas de 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. [ 9 ] Durante la prueba de bloque de 150 horas de la FAA, el brazo de palanca de la paleta del estator variable (VSV) falló y su rediseño provocó un retraso de 3 meses. [ 11 ] A SETT le siguieron cuatro motores de prueba más para mayo de 2018. [ 12 ]
El programa de certificación comenzó en mayo de 2017. [ 10 ] Ocho motores adicionales participaron en la certificación, así como uno para la certificación ETOPS instalado en la góndola de la aeronave. Un motor principal fue probado en la celda de prueba de altitud de Evendale, Ohio , para verificar las vibraciones de las palas y los motores 003, 004 y 007 fueron ensamblados en 2017, y el cuarto motor fue utilizado para pruebas de vuelo más adelante ese año desde Victorville, California . En 2018 se necesitaron diez motores de cumplimiento (incluidos dos motores de repuesto) para las cuatro aeronaves de prueba de vuelo 777-9 . [ 9 ] La certificación de tipo estaba prevista para el cuarto trimestre de 2018. [ 13 ]
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 de 127,900 lbf (569 kN) del GE90-115B establecido en 2002. [ 14 ] [ 15 ] El motor de prueba de 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 hielo comenzaron en Winnipeg a finales de 2017. Los motores iniciales de prueba de vuelo del 777X se enviaron en 2018 para un vuelo inicial del 777-9 a principios de 2019. [ 16 ] Una cuarta parte de las pruebas de certificación se realizó en mayo de 2018: hielo, viento cruzado /distorsión de entrada, distorsión de entrada , vibraciones de las palas del ventilador y del propulsor , vibraciones de las palas de la turbina HP y estudio térmico . [ 12 ]
Pruebas de vuelo

Como era más grande que el GE90, el GE9X solo podía instalarse bajo el ala del Boeing 747-400 con sus puntales de tren de aterrizaje principal más grandes y neumáticos más grandes y no en el banco de pruebas GE 747-100 anterior . El motor estaba inclinado 5° más que el GE CF6 . [ 13 ] Boeing construyó un pilón especialmente diseñado para el banco de pruebas. [ 9 ] Suspendido en 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 una góndola de 174 pulgadas (440 cm) de diámetro, con 1,5 pies (0,46 m) de separación del suelo. [ 16 ] 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) para el CF6-80C2s y su pilón. [ 17 ]
En febrero de 2018, el primer vuelo del GE9X se retrasó debido a problemas detectados en los brazos de palanca de los álabes variables del estator (VSV) del compresor de alta presión (HPC). Además, una revisión A de rutina en los motores CF6 del banco de pruebas del 747 reveló corrosión en la carcasa del ventilador y que los álabes de la turbina de alta presión estaban fuera de los límites permitidos. [ 18 ] Voló por primera vez el 13 de marzo con el diseño anterior del brazo de palanca VSV. [ 6 ] A principios de mayo, se completó la primera de las dos fases de 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 en crucero. La segunda fase estaba programada para comenzar en el tercer trimestre. [ 12 ]
Para octubre de 2018, se había completado la mitad de la certificación y se habían utilizado ocho motores de desarrollo, principalmente en Peebles, Ohio : el n.° 1 se almacenó; una pala del ventilador del n.° 2 se separó deliberadamente del cubo del ventilador durante el empuje de despegue para la prueba de desprendimiento de palas ; el n.° 3 se utilizó para pruebas en tierra con viento cruzado y pruebas cíclicas y de carga del conjunto de la cascada del inversor de empuje ; el n.° 4 exploró los límites de la envolvente de vuelo , como las bajas altitudes; el n.° 5 realizó una prueba de resistencia con rotores desequilibrados deliberadamente para hacer vibrar el motor en los límites de vibración permitidos en servicio, un requisito para la certificación ETOPS; el n.° 6 realizó pruebas de ingestión más adelante en 2018; después de las pruebas de sobretemperatura de la turbina de baja presión, el n.° 7 realizó una segunda fase de prueba de formación de hielo en Winnipeg, Manitoba ; el n.° 8 realizó la prueba de resistencia de 150 h de la FAA con triple línea roja. Se requirieron ocho motores de cumplimiento, más dos de repuesto, para las pruebas de vuelo del 777-9. [ 11 ]
Una segunda fase, de 18 vuelos, comenzó el 10 de diciembre para evaluar el software de control del motor y el rendimiento en condiciones de alta temperatura y altitud , y se extendió 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, pérdida de palas, granizo , ingestión de aves y bloqueo o resistencia. Las pruebas de vuelo se realizaron en Victorville, California , y abarcaron lugares tan lejanos como Seattle , Colorado Springs, Colorado , Fairbanks, Alaska y Yuma, Arizona . [ 19 ]
Para el 4 de enero de 2019, se habían completado ocho vuelos de prueba y 55 horas de funcionamiento. [ 20 ] A finales de enero, la carcasa de la turbina y el puntal del bastidor trasero resultaron dañados durante la prueba de desprendimiento de álabes y se rediseñaron los componentes relevantes. A principios de mayo, se completó el programa de pruebas de vuelo tras 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 certificable final antes del primer vuelo del 777X, retrasado más allá del 26 de junio previsto inicialmente por un problema en el estator en la parte delantera del compresor de alta presión de 11 etapas . Antes de la certificación, las pruebas finales incluyeron una prueba de durabilidad completa, sustituyendo la habitual prueba de "triple línea roja" a la EGT máxima 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. [ 21 ] El rediseño del estator del compresor de alta presión retrasó la certificación del motor hasta otoño, lo que retrasó el primer vuelo del 777X hasta enero de 2020. [ 7 ]
El 25 de enero de 2020, el GE9X realizó su primer vuelo en el 777X, con una duración de 3 horas y 52 minutos, antes de aterrizar en Boeing Field. El 28 de septiembre, GE anunció su certificado de tipo de la FAA , tras completar ocho motores de prueba 8000 ciclos y 5000 horas de funcionamiento. La aprobación ETOPS requería la realización de 3000 ciclos de pruebas en tierra como requisito para su entrada en servicio. [ 22 ]
En 2022, un problema diferente con el GE9X detuvo las pruebas del 777X. [ 23 ]
Diseño
El GE9X aumenta la eficiencia de combustible en un 10 % con respecto al GE90. [ 1 ] Su relación de presión general de 61:1 debería ayudar a proporcionar un consumo específico de combustible de empuje (TSFC) un 5 % menor que el XWB-97 con costos de mantenimiento comparables a los del GE90-115B. [ 5 ] El empuje inicial de 105 000 lbf (470 kN) será seguido por variantes reducidas de 102 000 y 93 000 lbf (450 y 410 kN) . [ 12 ] GE invirtió más de 2 mil millones de dólares en su desarrollo. Su góndola tiene 184 pulgadas (4700 mm) de ancho. [ 24 ]
La mayor parte del aumento de eficiencia proviene de la mejor eficiencia de propulsión del ventilador con mayor relación de derivación. [ 11 ] La relación de derivación está planificada para 10:1. [ 2 ] El ventilador está alojado en una carcasa de 134 pulgadas (340 cm) de diámetro. [ 25 ] El GE9X tiene 16 álabes , mientras que el GE90 de tamaño similar tiene 22 y el GEnx más pequeño tiene 18. Tener menos álabes de ventilador reduce el peso del motor, mejora la eficiencia aerodinámica y permite que el ventilador de baja presión (LP) y el impulsor giren más rápido para igualar mejor su velocidad con la turbina LP. Los álabes del ventilador presentan bordes de ataque de acero y bordes de salida de fibra de vidrio para absorber mejor los impactos de aves con mayor flexibilidad que la fibra de carbono. [ 26 ] Los materiales compuestos de fibra de carbono de cuarta generación , que constituyen la mayor parte de los álabes del ventilador, los hacen más ligeros, delgados, resistentes y eficientes. [ 27 ] El GE9X también utiliza una carcasa de ventilador de compuesto 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. [ 11 ] Dado que el ventilador GE90 de 129,5 in (329 cm) dejaba poco margen para mejorar la relación de derivación, GE buscó una eficiencia adicional aumentando la relación de presión general de 40 a 60, centrándose 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 un combustor de pre-remolino anular doble (TAPS) de tercera generación en lugar del combustor anular doble anterior. Capaces de soportar temperaturas más altas, los compuestos de matriz cerámica (CMC) se utilizan en dos revestimientos del combustor, dos boquillas y la cubierta desde la cubierta de la turbina LEAP etapa 2 de CFM International . Los CMC no se utilizan para los álabes de la turbina de la primera etapa, que deben soportar altas fuerzas centrífugas y calor extremo. Estas son mejoras planificadas para la próxima iteración de la tecnología del motor. [ 29 ]
La cubierta de la turbina de alta presión de primera etapa , las toberas de la turbina de alta presión de primera y segunda etapa y los revestimientos interior y exterior de la cámara de combustión están hechos de CMC, componentes estáticos que operan a 260 °C (500 °F) más que las aleaciones de níquel con cierta refrigeración. [ 11 ] Los CMC tienen el doble de resistencia con un tercio del peso del metal y requieren un 59 % menos de refrigeración. [ 5 ] En total, el motor tiene 65 componentes de CMC, la mayor cantidad de cualquier motor de aeronave comercial en el momento de su introducción.
El compresor está diseñado con aerodinámica 3D y sus primeras cinco etapas son blisks , discos con álabes combinados. La cámara de combustión funciona con mezcla pobre para lograr una mayor eficiencia y un margen de NOx del 30 % respecto al CAEP/8. El compresor y la turbina de alta presión están fabricados con metal en polvo . Los álabes de la turbina de baja presión, fabricados con aluminuro de titanio (TiAl), son más resistentes, ligeros y duraderos que las piezas a base de níquel . [ 25 ] La impresión 3D se utiliza para fabricar piezas que, de otro modo, serían imposibles de producir mediante procesos de fabricación tradicionales. [ 27 ]
En agosto de 2024 se entregará el primer motor destinado a la producción, con un nuevo diseño de revestimiento de la cámara de combustión. [ 30 ] [ 31 ]

Presupuesto
Véase también
Desarrollo relacionado
Motores comparables
Listas relacionadas
Referencias
- 1 2 Jon Ostrower (14 de septiembre de 2011). "El 777 de próxima generación se perfila" . Flight Global . Reed Business Information.
- 1 2 "GE planea una mejora del 10% en el consumo de combustible del motor GE9X" . Flightglobal . 7 de marzo de 2012.
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- ↑ "GE se prepara para entregar el primer motor de producción del Boeing 777X" . aviationweek.com . Consultado el 13 de julio de 2024 .
- ↑ "Hoja de datos del certificado de tipo E00095EN" . FAA. 25 de septiembre de 2020.
Notas
Enlaces externos
- Sitio web oficial
- Prensa GE9X
- Motores turbofán de alto índice de derivación
- Motores de aviación General Electric
- Motores turbofán de la década de 2010