제너럴 일렉트릭 GE9X
[image][1]
[image][2]
[image]
공개 당시.
1. 개요
제너럴 일렉트릭의 사업부문인 GE Aviation의 터보팬 제트엔진으로 현재까지 군용, 민간용을 통틀어 항공기 발동기 역사상 가장 거대한 엔진이다. 보잉 777 2세대형(-200LR, -300ER, -F)에 독점 장착되었던 GE90에 이어 3세대형 보잉 777X에 독점 장착된다.
2. 제원
GE90 대비 팬 지름이 15cm 커져 지름이 339cm이다. 출력은 105,000lb로, GE90에 비해 10% 이상의 연비 향상과 10.0 수준의 바이패스비를 지닌다. 무엇보다도 경제성과 환경에 끼치는 영향에 중점을 두고 있으며 대략 2020년 무렵에 상용화 되는 것이 목표이다.
기존의 GE90보다 팬 블레이드 개수가 줄어들었고(22개→16개), 바이패스비 증가가 이미 큰 팬 직경으로 인해 어려워 대신 압축비가 높아졌다. 또한 팬 블레이드 Leading Edge와 Traling Edge를 각각 철과 유리섬유로 만들고, 팬 몸체에 탄소섬유 보강 중합체를 사용해 버드 스트라이크에 대한 안전성을 높임과 동시에 팬의 무게를 줄였다.
눈여겨볼 점은 GE90-115B에 비해 출력이 10,000lb 줄었다는 것. 보잉 777-300ER에 비해서 기체는 커졌는데 왜 추력은 줄었는지 의문을 가질 수 있다.[3] 그 이유는, 777X의 경우 기존 777보다 주날개 길이가 길어졌기 때문에 이륙 시 총 저항이 감소하였고 따라서 필요한 추력도 감소하였다. 이륙 시 양력이 발생하는 전후 구간은 L/Dmax 이하의 속도 영역대로서, 형상 유해항력(Parasite drag)보다는 유도항력(Induced drag)의 비율이 더 높다. 이 유도항력은 날개길이가 길어질수록 감소하는데, 보다 넓은 날개폭을 가진 777X는 늘어난 날개의 전면면적으로 인해 유해항력이 증가하였음에도 불구하고 유도항력을 그 이상으로 감소시킴으로써 이륙 시의 총 저항은 오히려 더 낮아졌다. 엔진의 최대추력은 바로 이 이륙 시에 발휘되어야 하는데 이륙 시 저항이 낮아진 777X는 105,000lb의 추력으로도 기존 777대비 동등 이상의 가속성능과 활주거리를 갖게됐다.
사실 이 105,000lb라는 추력은 "레이팅 추력" 즉 인증된 추력으로 상징적인 수치에 가까우며, 실제로는 더 높은 추력을 발휘할 수 있다. 예를 들면 GE90도 777-200LR용으로는 115,000lb의 추력을 내지만 777F용은 그 이하의 추력으로도 충분하기 때문에 엔진수명이나 고장발생을 고려하여 전자식 엔진제어장치(FADEC)에서 110,000lb로 최대추력을 제한한다. 실제로도, GE9X가 2019년 6월 18일 추력부문 세계기록을 달성했다고 하는데 무려 '''134,000lb''' 로서 기존 GE90의 기록인 127,000lb를 넘는 기록이다. GE9X의 경우도 777-10X등 더 높은 이륙추력이 필요한 기종이 나올 경우 추력레이팅을 높인 버전이 등장할 가능성이 있다.
[image]
2018년 3월 GE9X 엔진 프로토타입이 GE 소속 보잉 747-400 테스트베드에 장착되어 첫 비행 테스트에 성공했다. 눈여겨볼 점은 개발 초기 예상도에 있던 카울 뒤쪽 톱날 디자인이 실제 생산품에서는 사라져있다는 점이다.
[image]
전작처럼 크고 아름다운 엔진 직경 때문에[4] 엔진을 똑바로 달지 못하고 7도 정도 기울여 겨우 달았다고 한다. 바로 아래를 보면 알겠지만 GE90조차도 10도 돌려서 달아야 했던 747-100은 랜딩기어가 짧아서 아예 장착이 불가능하고 그나마 747-400으로 바꿔 테스트한 게 그 정도란 소리다. 무엇보다도 날개가 자주 갈라졌던 GE의 747-100 테스트베드에 이걸 설치했다면 중량 때문에 날개가 부러졌을 수도 있다.[5] 바로 옆에 달려있는 CF6를 보면 얼마나 무식하게 큰 엔진인지 확실하게 비교할수 있다.
이렇게 너무나도 크고 무거워서 시험하는 데에도 고생이 동반되면서 정작 추력은 높아지지 않은 엔진을 만드는 이유에 의문을 가질 수도 있는데, 이는 연비와 큰 관련이 있다. 엔진의 추력은 유량과 유속의 곱으로 정해지는 반면($$ F = ma = \dot m (v - v_0) $$), 엔진의 일률은 유량과 유속의 제곱의 곱으로 정해진다($$ P = \dfrac {\Delta E}t = \dfrac 12 \dot m (v^2 - v_0^2) $$) 따라서 같은 30,000lb 추력의 엔진이더라도 용도에 따라 유량이나 유속은 달라지고, 그에 따라 에너지 소모도 달라진다. 가령 초음속 전투기용 30,000lb 엔진은 (공간의 제약 등 다양한 문제 때문에) 적은 양의 기체를 빠른 속도까지 가속시켜 추력을 얻어야 하므로 낮은 유량에 높은 유속을 갖고, 따라서 에너지 소모가 아주 크다. 반면 여객기용 30,000lb 엔진은 엔진을 크게 만들어서 많은 양의 기체를 아음속 내지는 천음속 영역까지만 가속시키면 되므로 상대적으로 높은 유량에 낮은 유속을 갖는다. GE9X의 경우 엔진팬 직경을 최대한까지 늘림으로써 유량을 높이고 유속은 꼭 필요한 수준까지 낮춤으로써 결과적으로는 더 무겁고 큰 엔진을 쓰고도 에너지 소모를 줄이는 효과를 볼 수 있고, 이는 곧 연비의 개선으로 직결된다.
2019년 이내에 형식인증을 받고 777-9의 테스트 비행에 써먹으려는지 갖은 테스트에 박차를 가하고 있다. 일단 777X의 목표가 2020년 상업운항 개시이기에 테스트를 미리 끝마쳐야 한다. 도중에 압축기에서 마모가 지나치게 빠르게 진행되는 문제가 발견되기도 했지만 결국 (현지시간) 2020년 1월 25일에 '''777X의 첫 비행을 성공적으로 이루어냈다'''.
당초 777-8엔 88,000파운드의 약간 다운그레이드된 엔진이 장착될거라 발표되었으나, 엔진의 사이즈를 키우고 개발에 도입하며 다운그레이드된 버전의 엔진에 대한 설명이 사라진 걸 보면 같은엔진을 사용하는것으로 보인다.
3. 여담
작명에서부터 보잉 777X를 위한 GE90의 후속 엔진임을 알수있다. GE90의 9와 777X의 X를 합성한 이름이다.[6]
A350의 엔진 옵션이 트렌트 XWB뿐이라는것 때문에 주문량이 더 적다는 분석 결과가 있는 만큼, GE9X가 A350에 장착될 수 있다는 전망이 있다.
그러나 이름에서부터 777X를 염두로 둔 만큼, A350엔 GE9X를 주지 않고, 약간 개량해서 이름만 바꾼채, 혹은 프랫&휘트니와의 합작인 엔진 얼라이언스를 통해 GE9X와 PW1000G, 혹은 GP7200에 적용된 부분을 기반으로 더더욱 개량 및 발전시켜서 개발한 모델을 A350용으로 출시할 가능성도 있다. GE9X 자체가 A350에 장착하기에는 사이즈가 너무 크기 때문에, 반드시 개량형이 필요하다.
[1] 실제 모델이랑은 차이가 있다. 실제 모델은 엔진 뒤의 셰브론(뾰족뾰족한 부분)이 없는 대신 세라믹 믹서를 장착하여 소음을 줄였다.[2] 이 사진을 사용하도록 허가해 주신 보잉 임원 Sarah R 에게 감사드립니다. Thank you to Boeing officer Sarah R for allowing us to use this photo.[3] 최대이륙중량은 777-300ER과 777-8, 777-9가 모두 351.5톤으로 같지만, 777X의 날개길이가 777-300ER에 비해 늘어 유해항력(Parasite drag)은 증가했기 때문에, 언뜻 생각해서는 더 큰 추력이 필요한 것이 당연해 보인다.[4] 영문 위키백과에 따르면 엔진 나셀 지름이 '''440cm'''라고 한다. (이는 B767의 동체 내부 너비보다 '''40cm'''작다)[5] GE9X의 무게는 파일런 포함 '''18t'''이다.[6] 또는 787에 사용된 GEnx 의 이름에서 차세대('''N'''e'''x'''t Generation)를 의미하는 nx에서 X를 따와 합성한 것 일 수 있다. 개발 초기에는 두 엔진 모두 셰브론이 있어 형상이 유사하기도 했고, GEnx가 GE90의 설계를 기반으로 만들어졌기에 사실상 형제격 엔진이다.