The Insane Engineering of the GEnX

Summary

视频介绍了波音787梦想飞机的先进技术，包括其独特的电力系统架构和革命性的通用电气GEnX发动机。GEnX发动机通过使用轻质碳纤维风扇叶片和高压比的压缩机部分，以及创新的燃烧室设计，实现了比前一代发动机减少15%的燃油消耗。此外，787还采用了全电动的客舱增压和刹车系统，提高了效率并减轻了重量。这些技术的应用使得梦想飞机在降低噪音、提高燃油效率和乘客舒适度方面达到了前所未有的水平。

Takeaways

• 🚀 喷气发动机是工程学的奇迹，从精确控制金属内部原子结构制造单晶涡轮叶片到人类十年前无法想象的精细机器人加工，现代喷气发动机与1940年的发动机几乎无法辨认。
• ✈️ 波音787梦想飞机的发动机非常巨大，其直径与737机身相同，这是它能够打破世界纪录的原因之一。
• 🌏 2020年全球大流行期间，美国政府对所有欧洲旅行者实施旅行限制，导致法属波利尼西亚与法国的常规航班中断，塔希提航空不得不寻找创造性的解决方案，开始运营世界上最长的直飞航班。
• 🔋 波音787的电源系统与众不同，其辅助动力装置(APU)不提供启动发动机的压缩空气，而是为两个电动机提供电能，这些电动机既可以启动发动机，也可以作为发电机为飞机提供电力。
• 🌀 波音787采用了无引气建筑设计，其舱压调整完全由电驱动，通过舱空气压缩机入口和空气压缩机入口来实现，提高了效率并减轻了重量。
• 🔇 波音787的制动系统由电动马达驱动，取代了传统的液压制动系统，减轻了重量并简化了维护和安装过程。
• 🛠️ 波音787保留了液压系统，但取消了两个大型引气驱动的液压泵，使用更高效的电动泵代替，节省了空间和重量。
• 💡 通用电气GEnX发动机是波音787最常见的发动机类型，它在保持与上一代发动机相同推力的同时，燃油消耗降低了15%。
• 🌀 GEnX发动机通过巨大的旁通管道和高压缩比来提高效率，旁通比达到9:1，意味着每通过发动机核心的每公斤空气，有9公斤空气通过旁通管道。
• 🚫 GEnX发动机的压缩机部分使用了先进的叶片设计和材料科学突破，如使用钛铝化合物，提高了热效率并减轻了重量。
• 🔊 波音787梦想飞机的发动机噪音比类似大小的飞机低60%，这得益于其独特的发动机 Chevron 设计，有效减少了喷气噪音。

Q & A

喷气发动机的发展历程中有哪些显著的进步？

喷气发动机从1940年代至今发生了巨大变化，它们变得更大、更强大、更高效。例如，梦想客机的发动机非常巨大，直径与737机身相同。这些进步使得787梦想客机能够打破世界纪录。

为什么大飞机启动时需要消耗大量能量？

启动大型飞机的喷气发动机需要足够的能量来旋转压缩机部分，以达到发动机点火所需的适当压缩。这个过程需要非常高的旋转速度，因此能量消耗巨大。

什么是气动启动，它是如何工作的？

气动启动是最常见的发动机启动方法，通过将压缩空气直接送入涡轮部分来使发动机转动。这可以通过外部的气动车（huffer cart）来完成，或者使用飞机自身的辅助动力装置（APU）来生成压缩空气。

787梦想客机的电力系统与其他飞机有何不同？

787梦想客机的电力系统非常独特。它的APU不提供给发动机压缩空气，而是提供电能给每个发动机上的两个电动机，这些电动机既可以作为启动马达，也可以作为发电机为飞机提供电力。787共有6个发电机，每台发动机上有两个，APU上还有两个提供备用电力。

787梦想客机的无引气架构有什么优势？

传统的飞机系统通常由热压缩空气驱动，如空调和舱压系统。但787采用全电动的舱压系统，通过电动舱空气压缩机工作，省去了从发动机引出的热空气，减少了能量损失和重量，提高了效率。

787梦想客机的刹车系统是如何工作的？

787梦想客机的刹车系统摒弃了传统的液压系统，转而采用电动马达驱动。每个起落架的轮子上都有一个电动马达单元，这不仅减轻了重量，还简化了维护和安装过程。

通用电气GEnX发动机的哪些设计特点使其比前一代发动机节省了15%的燃油？

GEnX发动机通过两个主要设计特点实现了燃油效率的提升：一是巨大的旁通管道，二是通过压缩机部分实现的极高压缩比。旁通比高达9:1，意味着每公斤通过发动机核心的空气，有9公斤通过旁通管道。此外，发动机采用了先进的燃油喷射技术和新型材料，如伽马钛铝化合物，这些都有助于提高燃油效率。

发动机的压缩比对飞机的燃油效率有什么影响？

提高压缩比可以最大化从燃料中提取的能量，因为压缩后的空气含有更多有用的能量。但是，提高压缩比也意味着可能需要增加压缩机部分的数量，这会增加发动机的重量并提高燃油消耗。因此，设计高效的压缩机和使用先进的材料是提高压缩比同时保持燃油效率的关键。

通用电气的TAPS燃油喷射器是如何减少氮氧化物排放的？

TAPS燃油喷射器通过精心控制空燃比来控制火焰温度，从而减少氮氧化物的排放。它从贫燃区域开始喷射，然后在燃烧室内进一步变稀，始终避开氮氧化物产生最多的区域。这种设计使得GEnX发动机的氮氧化物排放量减少了60%。

787梦想客机的发动机噪音为何比类似尺寸的飞机低60%？

787梦想客机的发动机噪音大幅降低，部分归功于其独特的发动机尾喷口和发动机外壳上的锯齿形设计，这些被称为发动机切痕的设计能够有效地控制喷气噪音。通过在每个切痕的齿部产生较小的涡流，使得从发动机排出的热快速空气与周围空气更温和地混合，从而显著减少了噪音。

787梦想客机的辅助动力装置（APU）的位置和功能是什么？

787梦想客机的APU位于飞机尾部，它不是用于提供给发动机压缩空气，而是提供电能给每个发动机上的电动机。这种电力系统架构使得787与传统飞机不同，能够提供更多的电力，并支持更多的电动系统。

为什么787梦想客机的燃油效率比以往的飞机有显著提升？

787梦想客机的燃油效率提升归功于其先进的发动机设计、无引气架构、全电动舱压系统、电动刹车系统以及高效的液压系统。这些设计共同作用，使得787梦想客机在使用相同推力的情况下，比以往的飞机消耗更少的燃油。