Репортаж от Wedoany，Компания Boeing при окончательном утверждении конфигурации 777X и выпуске прототипа для лётных испытаний отказалась от зубчатой конструкции задней кромки гондолы двигателя. В концепт-изображениях 777X, опубликованных в 2013 году, задняя кромка гондолы двигателя GE9X имела ряд зубчатых волнистых элементов, которые уже тогда привлекли широкое внимание. Зубцы были фирменной визуальной чертой Boeing 787 и Boeing 747-8 и считались передовой технологией снижения шума; отказ от них на 777X обусловлен не компромиссом в вопросах соответствия нормам по шуму или экологическим стандартам, а результатом десятилетнего развития аэродинамики.
Высокотемпературные и высокоскоростные выхлопные газы, выбрасываемые ядром реактивного двигателя, сталкиваются и сдвигаются с более холодным и медленным окружающим воздухом, порождая турбулентные аэродинамические вихри, которые излучают низкочастотные звуковые волны на этапах взлёта и набора высоты. Приложение 16 к Конвенции ИКАО содержит соответствующие положения по вопросам шума. Зубчатые волнистые элементы на задней кромке гондолы и задней кромке сопла ядра позволяют высокоскоростному выхлопу и окружающему воздушному потоку перемешиваться между треугольными зубцами, разбивая крупные турбулентные вихри на мелкие управляемые вихри и ускоряя рассеивание энергии, что снижает низкочастотный шум смешения струи на 5–6 децибел. Цена этого — индуцированные вихри расходуют кинетическую энергию выхлопа, создавая паразитное сопротивление, что, по оценкам, увеличивает общий расход топлива примерно на 0,5%, а также добавляет конструкционный вес, усложняет производство и увеличивает количество точек технического обслуживания.
Размеры и внутренняя конструкция двигателя GE9X компании General Electric стали ключевым фактором, позволившим инженерам отказаться от зубцов. Диаметр вентилятора GE9X составляет 134 дюйма (3,4 метра), степень двухконтурности — около 10:1, что позволяет прогонять больше воздуха с меньшей общей скоростью. Исследования Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) показывают, что шум струи растёт экспоненциально со скоростью выхлопа; снижение разницы скоростей между выхлопом и окружающей атмосферой позволяет уменьшить низкочастотное звуковое излучение в самом источнике. После того как шум выхлопа был взят под контроль, акустическая задача сместилась к лопаткам вентилятора в передней части двигателя; компания GE Aerospace сократила число лопаток с 22 на старом GE90-115B до 16 широкохордных лопаток из углеродного композита на GE9X, чтобы подавить турбулентность на входе и «пилообразный» шум в салоне.
Компания Safran спроектировала для 777X внутреннюю систему акустической обработки: выхлопной корпус использует титановые элементы сопла в сочетании с лёгкой композитной обшивкой с микроперфорированной сотовой структурой, которая поглощает звуковые волны до того, как они покинут гондолу. Внутренний корпус турбины GE9X выполнен из жаропрочных керамических композиционных материалов (CMC), что позволяет ядру работать при более высоких температурах и с более жёсткими механическими допусками, снижая внутренние аэродинамические колебания и акустические резонансы. Сочетание сверхвысокой степени двухконтурности и микроперфорированных акустических вкладышей позволяет 777X удовлетворять строгим требованиям сертификации по шуму и эксплуатироваться в шумочувствительных узловых аэропортах без штрафов за ночные полёты или высоких посадочных сборов.
Международные широкофюзеляжные самолёты обычно эксплуатируются от 12 до 16 часов в сутки; умножение потери тяги в 0,5% на тысячи дальнемагистральных рейсов, выполняемых ежегодно мировым парком двухдвигательных широкофюзеляжных самолётов, даёт значительные расходы на топливо, которые продолжают накапливаться на протяжении десятилетий срока службы планера.
Отказ от зубцов также приносит долгосрочную экономию в техническом обслуживании, ремонте и капитальном ремонте (MRO). Кончики зубцов находятся в высокотемпературном, сильно вибрирующем выхлопном потоке и после тысяч лётных часов подвержены микротрещинам, расслоению композита и эрозии кромок; гладкая непрерывная задняя кромка упрощает ежедневные предполётные линейные осмотры и сокращает объём ремонтных работ по композитам за тридцатилетний срок службы. Главный инженер программы 777X Терри Бизхолд (Terry Beezhold) отметил, что альтернативная конструкция «обеспечивает такой же уровень контроля шума для салона и местных сообществ, но с меньшим весом и меньшим сопротивлением».
Зубчатые двигатели также создают риск недостаточного дорожного просвета. Внешний диаметр гондолы GE9X достигает 184 дюймов (4,7 метра), что шире салона Boeing 737; при посадке с большим углом тангажа, манёврах руления на одном двигателе и касании при сильном боковом ветре инженерам необходимо точно управлять физическим запасом до земли.
Традиционные зубцы полагались на угол наклона внутрь примерно 3–5 градусов, чтобы принудительно смешивать выхлоп ядра с потоком вторичного контура, что расширяло турбулентный шлейф выхлопа за гондолой и сокращало необходимый зазор позади двигателя. Гладкий заподлицо контур хвостового сопла сохраняет выхлопной шлейф компактным; в сочетании с немного уплощённым нижним профилем гондолы Boeing может сохранять безопасный запас двигателя до земли без удлинения стоек основного шасси.
Исчезновение зубцов двигателя на 777X знаменует уход этого визуального элемента с широкофюзеляжных двигателей. Зубцы служили переходной технологией, помогая высокооборотным двигателям удовлетворять ограничениям по шуму в городских аэропортах до того, как созрели вычислительная гидродинамика (CFD) и внутренние акустические материалы.
Сегодня все широкофюзеляжные самолёты Boeing и Airbus перешли на гладкие гондолы: Airbus A350, A330-900 и Boeing 777X используют внутренние микроперфорированные звукопоглощающие структуры вместо внешних зубцов. Моделирование CFD позволяет специалистам по аэродинамике силовых установок точно отображать акустические характеристики внутренних каналов, удерживая звуковую энергию внутри корпуса мотогондолы. Для следующего поколения силовых установок, включая концепции с открытым ротором и турбовентиляторные двигатели со сверхвысокой степенью двухконтурности и редуктором, подход к решению аэродинамических проблем в самом источнике потока вместо внешних средств с сопротивлением продолжает развиваться.
