新材料|首次采用三维编织树脂模传递成形结构：GEnx发动机风扇的新材料
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风扇叶片采用第3代复合材料 ， 外形基本同与GE90-115B ， 即掠形 ， 采用新一代三维气动技术设计 ( 如图1所示)， 叶片数由GE90的22片减为18片 ， 重量轻 ， 在波音777上经受过严格考验 (10年中更换过3次)， 风扇轮盘采用GE90的结构 ， 叶片装进燕尾槽中无须加润滑剂GEnx发动机的风扇如图2 。
图1、GEnx发动机的风扇叶片
采取多种措施防止外物进入核心机 ， 大的风扇叶片尾缘与分流环间的间距 ， 锥形帽罩将杂物甩向外涵道 ， 细小砂石在增压级后通过弯形通道处的放气门排出 ( 如图3所示) 。
【新材料|首次采用三维编织树脂模传递成形结构：GEnx发动机风扇的新材料】
图2、GEnx发动机的风扇
GEnx发动机的风扇的风扇机匣为复合材料 ( 如图4所示) ， 用复合材料条带编织成类似草席的结构 ， 即三维编织树脂模传递成形 (3-DW RTM)结构 ， 是第1次用于发动机 ， 其包容性能、强度优于金属机匣 ， 重量轻 ， 比金属机匣轻154千克 ， 一架飞机可减重363千克 ， 且不会腐蚀 ， 便于维护 。
图3、防止外物进入核心机措施
图4、GEnx发动机的复合材料风扇机匣
GEnx发动机的高压压气机
GEnx发动机的高压压气机( 如图5所示)为10级 ， 增压比为23.0 ， 平均级压比为1.368 ， 采用了在E（3）发动机和GE90发动机上验证过的先进技 ， 叶片采用新一代的三维气动技术设计 ， 喘振裕度更大1、2、5级采用整体叶盘 (均为单个盘) ，这是民用发动机中采用整体叶盘级数较多的发动机 。
与大多数高涵道比涡扇发动机一样 ， 高压压气机从第3级起做成双层机匣 ， 外层机匣作为承力机匣 ， 内机匣作为气流通道的包容环 。 为保证沿圆周的叶尖间隙在工作中始终保持均匀 ， 高压压气机从第3级起做成双层机匣 ， 外层机匣作为承力机匣 ， 内机匣作为气流通道的包容环 。 为保证沿圆周的叶尖间隙在工作中始终保持均匀 ， 与工作叶片对应的机匣是做成整环的 ， 为了能装配 ， 内层机匣沿轴向是做成分段的 (如图5所示) 。
图5、双层机匣与整圈外环
为了恢复发动机的性能 ， 一般采用可移动的外置喷水装置 ， 根据发动机性能衰退的情况 ， 对发动机进行喷液 (清洗液及清水) 清洗 。 在GEnx中 ， 采用了内置式喷水清洗装置 ， 即在高压压气机前安装了圆周均布的四个喷水用的喷嘴 ( 如图6所示)， 每个喷嘴喷射的散布角度较大 ， 能遍布高压压气机进口环带 ， 喷洗的效果较好 。
GEnx是第一种安装内置式喷水装置的发动机 。 发动机每工作200~500循环后， 视情决定是否需进行喷洗 。 在慢车下喷射清洗液 ， 清洗后不再需要用清水冲刷 ， 清洗一次耗时约30分钟 (一般为４小时) 。
图5、GEnx发动机内置式喷水清洗装置
GEnx发动机的燃烧室
GE公司在GE90上采用的是双环腔燃烧室 ， 在GEnx中采用了常规的单环腔燃烧室(如图6所示) ， 但却采用了双环预混旋流器 (Twin Annular Premixing Swirler ， 简称TAPS) ，而且采用了贫油设计 。 因此 ， GEnx的燃烧室称为: 具有双环预混旋流器(TAPS) 的贫油单环腔燃烧室 。
双环预混旋流器燃烧室中应用的预旋技术首先于1980年发展出来并获得专利， 在CFM56-7B发动机上得到验证后 ， 成功地在新一代商用航空涡扇发动机GEnx上得到应用 。
在GEnx发动机双环预混旋流器燃烧室的所有创新中 ， 关键性的创新就是燃料和空气是在燃油喷嘴内的预先混合 ， 其燃油喷射完全不同于常规燃烧室的燃油喷射 。
图6、GEnx发动机的TAPS燃烧室
GEnx发动机的涡轮
GEnx有2级高压涡轮与7级低压涡轮 (GEnx-2B中为6级) 。 高压涡轮叶片用GE公司的第2代三维气动技术设计 ， 采用先进的冷却技术设计 ， 并采用最新的耐高温的材料 ， 使冷却用空气量减少 ， 寿命变长 (如图7 所示) 。
图7、低压涡轮性能曲线
低压涡轮叶片采用 “特高升力” (Ultra High Lift ， UHL)的设计 ， 且用三维气动技术对端壁的形状进行设计 ， 使叶片数少 ， 效率提高约0.34% (如图7所示) 。
GEnx的高、低压涡轮的转向相反 ( 如图8所示) ， 这种设计已由军用发动机中转用于民用发动机中 。
图8、GEnx发动机高、低压涡轮反向旋转设计
在西方国家中F119 (F-22的动力) 首先采用了反转设计 ， 民用发动机中 ， 用于A380的遄达900发动机首先采用了这种设计( 遄达900中 ， 高、中压涡轮反转) ， 用于波音787的两型发动机均采用了这种反转设计 ， 它可减少零件数 ， 提高效率 。 GEnx发动机的高压涡轮叶片用第2代三维气动技术设计 ， 高压涡轮叶片采用先进的冷却技术设计 ， 并采用最新的耐高温的材料 ， 使冷却用空气量少 ， 寿命长 。
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