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B777-300ERエンジン GE90-115B のスペックをディープに解説 ⑲

ボーイング 777-300ER用のGE90-115Bエンジン、777-200LR/-200LRFのGE90-110B1の概要とスペックについて紹介します。

開発当時、航空エンジンの中では最も巨大でギネス記録にも認定された大きな推力(試験時 127,888 lbf、運用時 115,540 lbf)を発生した。

長距離用のB777-300ER用に開発されたGE90-115Bは、これまでのGE90-76B~-94Bシリーズとは名称は同じだが全く違ったコンセプトで開発されており、共通部品は20%程度とされている。

GE90-115Bシリーズには、推力を減格した-110B1(777-200LR / -200LRF)もラインナップされている。

※-115Bの世界記録は、GE9Xが2017年11月の試験時に推力 134.300 lbfに達し記録を更新した。また、ファン径も134インチ(-115Bは128インチ)となりGE9Xが更新。

 

⇒GE90-76B~-94Bシリーズ

GE90-115B の概要

GE90-115B Farnborough 2004 croppedGE90-115B_Farnborough_2004.JPG: Sovxxderivative work: Zeugma fr, CC BY-SA 3.0, ウィキメディア・コモンズ経由で

GE90-115Bシリーズ モデル

・GE90-115B(777-300ER)
※2001年1月 EASA認証

・GE90-110B1(777-200LR/-200LRF)
※2002年5月 EASA認証

⇒GE90-76B~-94Bシリーズ


ファン(FAN)

・ファン直径128 in(3.25m)

ブレード枚数は22枚

CFRP製 ワイドコード・スウェプト・ファンブレード

コンポジット材はIM7/8551

金属色に見える前縁以外にも、先端・後縁の外周にチタン合金の補強材が貼り付けられている。

前シリーズの-85~-94よりもファン速度を10%増速、バイパス比は7.1 [-115B]

最大出力時 、ブレードチップ速度は443m/sに達し、1秒間に1,641 Kgの空気(25mプール 2.4杯分)を一度に吸い込む


ファンブレードのサイズ比較左:B737-400 (CFM56-3C1) 中:B747-200B (CF6-50E2) 右:B777-200ER (GE90-94B)

 

・GE90-94Bと-115Bのファンブレードを比較すると、-115Bは長さが2.5インチ(約63㎜)・翼幅 3.5インチ(約90㎜)大きくなり、前縁がフォワード・スウェプト形状になったことで、全体の重量は-94Bよりも 6.03 kg 増しとなっている。

  • ブレード全長 :【-94B】120.9 ㎝、【-115B】127.2 ㎝
  • 最大翼幅:【-94B】48.5 ㎝、【-115B】57.4 ㎝
  • 重量(1枚):【-94B】15.15 kg、【-115B】21.18 kg

低圧圧縮機(LPC)

・軸流式圧縮機(4段)

コアへの空気流量を増やすために、低圧圧縮機(LPC)の段数を3段( -94B)から4段(-115B)に変更。一段追加された。

また空気流量の増加に伴い、高圧圧縮機(HPC)の段数は10段(-94B)から9段へと一段減らされた。

これらの改良は、低圧タービンの駆動力を確保する目的がある。

コアへの空気流入量を増やす理由の一つとして、低圧タービンに入るガス温度を従来の-94Bと同程度(若干高い程度)にし、増加した燃焼ガスの流量によって低圧段の駆動力を上げる方法がとられている。

この方式は、低圧タービン動翼の寿命を延ばすと同時に -115Bの巨大なファンを駆動する大きなトルクも得られるというメリットがある。

 

高圧圧縮機(HPC)

・軸流式圧縮機(9段)

最新の3次元空力設計よる高効率翼型

可変インレットガイドベーン、1段~3段は可変静翼

1段目動翼はブリスク

最大回転時の全体圧力比は42

空気流入量増加に伴い1段減らされた(-94までは10段、-115Bは9段)※LPC参照

燃焼室

・基本設計は-94Bと同じ

デュアル アニュラ型(DAC)燃焼器

低NOx・低公害型

30本の燃料ノズルによって、最大出力時 1秒間に約 3.9リットルの燃料を噴射する。

高圧タービン(HPT)

・高圧タービンは2段タイプ

改良された高圧圧縮機に対応した新設計のタービン翼

3次元空力設計翼

単結晶(N5またはN6)

セラミック遮熱コーティング

腹側全面にフィルム冷却孔(円孔+シェイプトフィルム孔)

公式情報ではないが 最大出力時のTETは 1,482℃という情報もある。1,500℃以上という文献もあるが、もしこれが正しいなら高圧系の寿命を考慮した設定値なのかもしれない。

低圧タービン(LPT)

・6段構成

低ソリディティ翼(低回転高トルク型)

従来タイプの -94よりもブレードを大型化

1段目動翼は、中空空冷構造の単結晶(N5)という説明もある。

ガスの流路勾配が34°と限界点に近づきつつある。

ファンを駆動するドライブシャフトは、強大な力を伝達できる -115B専用に開発されたミッド・シャフト(GE1014合金・IHI)

燃料制御

・FADECⅢ(ヘルスモニタリング、マネージメント機能が追加)

GE90-115B スラストバンプ (Thrust BUMP)

Emirates Boeing 777 fleet at Dubai International Airport WedelstaedtKonstantin von Wedelstaedt (GFDL 1.2, GFDL 1.2 or GFDL 1.2), via Wikimedia Commons

・2007年2月、ボーイングはGE90-110B/-115Bの新しい「スラストバンプ」設定の飛行テストを実施。

燃料制御コンピューター(FADEC 3)に取り付けるエンジンデータプラグを変更することで、新しい燃料スケジュールによって定格出力を引き上げるという内容。

運用上、低地にある高温の空港(高度 3,000 ft以下、気温 32℃を超える地域)から離陸する際に、ハード面を変更することなくソフト的に燃料を増加させて一時的に推力を 2.5%高くするという方法。

スラストバンプ設定は、ソフト変更によって手軽に推力増強ができる反面、コアの寿命は著しく低下する恐れがあるため多用はできない。また、全てのエアラインが対象ではなく、エアインディアやエミレーツ航空が潜在的な顧客とされている。

 

アクセサリー

・ギアボックスには、エンジン用の各種ポンプ、スターター、機体側(発電機、油圧ポンプ)が装着されている。

高圧軸と接続、全補器類の駆動には約700馬力(522 kW)必要。

  • 機体用発電機(IDG:120 KVA)駆動に181馬力
  • 機体用油圧ポンプ 63馬力
  • バックアップ発電機(20KVA)43馬力

競合エンジン

GE90-115B / -110B1 スペック

General Electric(GE Aviation)
型式 GE90-115B / -110B1
搭載機種 [-115B]
Boeing 777-300ER
[-110B1]
Boeing 777-200LR/LRF
形式 二軸式 ターボファン・エンジン
構成 1-4-9-2-6
(Fan-LPC-HPC-HPT-LPT)
離陸推力
最大推力 [-115B]
115,540 lbf(52,455 kgf)
[-110B1]
110,760 lbf(50,285 kgf)
バイパス比 7.1
ファン圧力比(FPR)
全体圧力比(OPR) 42
ファン空気流入量 3,618 lb/s
(1,641 kg/s)
コア空気流入量
TSFC 燃料消費率
(lb/hr/lbf)
巡航推力
巡航推力
TSFC 燃料消費率
(lb/hr/lbf)
0.55
(35,000ft M0.84)
※目安とされている数値、公式情報ではない
回転数(最大出力時)  
低圧軸(LP) 2,602 rpm (110.5%)
※2,355 rpm (100.0%)
高圧軸(HP) 11,292 rpm (121.0%)
※9,332 rpm (100.0%)
EGT 1,090℃
ガス温度はLPT手前での測定値
ファン
ファン直径 3.25 m(128 in)
ファン枚数 22 枚
形状 フォワード・スウェプト型
材質 CFRP(炭素繊維複合材)
補強材:チタン合金(前縁・先端・後縁)
圧縮機
ファン 1段
低圧軸 4段
高圧軸 9段
燃焼室
燃焼器タイプ デュアル アニュラ型
燃料ノズル 30本
燃料制御 FADECⅢ
タービン
高圧段 2段
低圧段 6段
サイズ
型式 GE90-115B/-110B1
全長 7.29 m
ファン直径 3.25 m(128.0 in)
重量 19,315 lb
 推力重量比  [-115B]
5.98
運用開始 2001年

※一部のデータはEASAから


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GE90の構造はCFM56に近い
・GE90の構造はCF6の派生型という印象もあるが、エアフロー図でエンジンコアを見ると CFM56と類似している点が数多くある。
例えば、高圧圧縮機(段数・翼型・流路勾配)、燃焼室(CFM56-5/-7で開発されたダブルアニュラ型の拡大版に近い形状)、低圧タービン(動翼形状・流路勾配)など、エンジン断面図だけで見比べても CFM56に近い形状ということがわかる。
また材質こそ違うが、ファン動翼の形状などファンセクションにも共通部分がある。
高圧タービン部に関しては、CF6-80C2/-80E1をベースにした改良型となっている。2段構成、単結晶材(N5)、三次元設計翼、ディスクへの取り付け方法などがある。
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