值得收藏,长文揭秘世界航空发动机巨头的前世今身(二)

上期我们聊到和GE争夺中俄CR929的另一家发动机供应商,相信大多数人都能猜到吧。没错,它就是今天我们要说的罗尔斯罗伊斯Rolls-Royce公司。


No.2 罗尔斯罗伊斯 Rolls-Royce, 简称罗罗

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罗尔斯罗伊斯发动机标志

看到罗罗的标志,大多数人的第一反应都是劳斯莱斯汽车,的确豪车人人都爱,但是罗罗发动机更厉害。事实上,Rolls-Royce Motor这个品牌是被英国罗罗公司卖给了宝马集团,但是Rolls-Royce这个标志还是由英国Rolls-Royce plc和宝马集团共同持有的。一般当我们说Rolls-Royce汽车时,我们叫劳斯莱斯;当我们说Rolls-Royce发动机时,我们叫罗罗。

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劳斯莱斯汽车标志

英国是喷气式发动机诞生的故乡,罗罗的历史可以追溯到1906年,创始人是Charles Stewart Rolls(查尔斯·罗尔斯)和Frederick Henry Royce(亨利·罗伊斯)。Henry Royce罗伊斯是汽车工程师,懂技术。Charles Rolls罗尔斯是赛车手和商人,有钱。两位老兄在一次偶然的碰面后,电光火石之间,便萌发了一起造汽车的梦想,有钱有技术,啥事都好办。从此罗罗公司便开始了汽车制造之路,当时罗罗生产的“银魅”汽车是世界上最昂贵的汽车。之后在第一次世界大战时期,罗罗公司生产“鹰”式发动机,为英国飞机提供动力。在二战时期,罗罗和飞机公司联合,生产了大量的装备罗罗“灰背隼”发动机的“喷火”战斗机和“飓风战斗机”。去年热映的电影《敦刻尔克》里面,就有喷火战斗机的身影。

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赛车手兼富商——查尔斯.罗尔斯

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左边是富商查尔斯 罗尔斯,右边是工程师亨利 罗伊斯

之后罗罗逐渐进入民航业,支持子爵号飞机和三叉戟飞机获得成功。但是在70年代时期,罗罗由于在研发RB211发动机时候,资金链断裂破产了,结果被英国政府出手相助,变成了国有化企业。之后罗罗解决了所有的技术难题,发动机获得成功,RB211开始热销,罗罗开始在发动机行业逐渐复苏,之后罗罗又被英国政府私有化。至今罗罗所有的Trent系列发动机都是源于RB211的技术基础。

独门绝技:三转子发动机技术

所谓三转子技术就是指发动机一共有三个转子系统,如下图所示。其中风扇配低压涡轮,中压压气机和中压涡轮匹配,高压压气机和高压涡轮匹配。3转子结构的最大优点:各个转子可以在各自最佳的转速下工作,因此可以提高压气机效率,降低耗油率。并且三转子可以使用较少的转子级数来达到设定的压比,使得发动机轴向长度较短,发动机整体刚性好。但三转子技术最大的难度在于转子与转子之间的轴承支撑,以及如何减小转子运转时之间相互振动的影响。罗罗是目前唯一将三转子技术掌握并广泛应用于民用发动机领域的制造商。

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三转子发动机结构示意图

明星产品:

提到罗罗发动机,我会马上想到的机型有Spay斯贝,RB211,Trent系列.

1. Spay斯贝发动机

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斯贝发动机

Spay斯贝发动机是罗罗在60年代研发的一款小涵道比涡扇发动机,分民用型和军用型。民用型用在英国宇航公司BAC-111客机和德哈维兰三叉戟客机。国人对三叉戟应该很熟悉吧,飞机尾部装有三个发动机,很英俊的飞机。当年林*统帅就是乘坐三叉戟客机出走的。军用的斯贝是带加力燃烧室的改型,用在了英国从美国购买的F4鬼怪飞机上。我国在70年代时候曾经引进全套斯贝发动机技术,罗罗也是慷慨把斯贝卖给了我国。当时谈判的合同总价值4000多万英镑,确实让罗罗公司大赚一笔。引进后中国对斯贝进行了国产化,研制出了涡扇9“秦岭”发动机,装在了“飞豹”战机上,当然这是题外话了。总之,斯贝项目对罗罗来说是比较成功的,前后一共卖了5000台左右,最后还一把卖出生产权利,赚了一笔快钱。

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中国引进的三叉戟飞机——曾是领导人专机

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BAC-111客机

2. RB211发动机

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特朗普专机上的RB211发动机

在60年代末期,罗罗和美国洛克希德公司结盟,研发RB211三转子涡扇发动机为洛克希德的宽体三星飞机提供动力,这个洛克希德公司就是今天大名鼎鼎的美国洛克希德马丁公司的前身,是国际著名的军火集团。但是由于三转子技术难度比较大,以及自身技术储备不足,导致罗罗在研发中遇到无法解决的技术问题,最终导致资金链断裂。

因为当时罗罗有计划采用一种碳纤维复合材料叶片,但是在进行整机鸟撞测试时,愤怒的小鸟每次都把复合材料叶片撞个稀巴烂,也一次次撞碎罗罗人的梦想。由于叶片强度不满足,因此风扇叶片无法满足试航要求,也就无法投产,而这个问题一值得不到解决,导致研发经费超过预期的两倍,最终现金流断裂,因此1971年罗罗宣告破产。

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发动机鸟撞测试

作为英国工业最后几抹余晖之一,英国政府当然不能对罗罗不闻不问,紧接着英国政府就宣布接管罗罗,并注入资金让RB211项目继续,最终罗罗放弃采用复合材料叶片,改用钛合金叶片解决了叶片技术问题。而之后RB211系列不断发展并得到了市场的认可,尤其以高的燃油效率和低的排放量受到了航空公司的青睐。

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空心钛合金叶片

但是最初RB211匹配的三星客机却因为发动机问题,导致投入市场比B747晚了几年,最终没卖出多少,导致洛克希德把家底都压在这个项目上但却亏损的一塌糊涂,从此退出了民用航空市场。所以世界民航历史再也没有洛克希德,军火市场上多了一个洛克希德马丁。到1987 年,罗罗公司逐渐恢复元气后,英国政府又重新将罗罗私有化。从此掌握了三转子秘方的罗罗逐渐在航空界站稳了脚步,奋起直追。RB211系列发动机主要配备的机型有:

RB211-22B 洛克希德L-1011-1, L-1011-100,L-1011-250, L-1011-500,波音 747-100, 747-200, 747SP

RB211-524C波音747-200, 747SP,波音757-200

RB211-524D波音747-200, 747-300, 747SP

RB211-535E 波音757-200,757-300, 图Tu-204

RB211-524G波音747-400,747-400F, 767-300

RB211-524H波音747-400, 767-300

3. Trent遄达系列发动机

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遄达1000发动机——用在B787梦想客机

遄达系列发动机是RB211衍生而来的。由于在前期RB211系列大型涡扇发动机先打下之良好基础。发展到RB211-524 G/H型,静推力(static thrust)已提升到60000磅,但根据研究仍有发展潜力。而配合市场需求的-524L型式发动机,推力潜力可达72000磅。

而此时,波音、空客正进行大型双发动机宽体客机计划。罗罗决定趁此机会发展大型涡扇发动机,认为这是RB211系列发展历程中一个转折阶段;同时为了让市场上能对这款大型涡轮风扇发动机与以往的产品加以区别,决定对该系列发动机命名为Trent遄达。

顺便提一句遄达的命名来自于罗罗总部德比Derby附近的一条河和名字。对了,斯贝Spay也是一条河的名字。看来我国商发对把第一款发动机命名为CJ1000-长江1000,多少也是受到罗罗影响。 遄达家族共有以下几款:

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Trent 遄达XWB发动机——用于A350XWB

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遄达700发动机——用在A330发动机

遄达700系列:1995年正式投入使用,推力范围67500至71100磅之间,作为空客330系列客机的选装发动机。

遄达800系列: 在遄达700的基础上发展,采用了110英寸(1英寸等于2.54厘米)直径的风扇,1995年正式投入使用,推力范围75000至95000磅之间,作为波音777系列飞机的选装发动机。

遄达500系列: 2002年正式投入使用,推力范围53000至56000磅之间,作为空客340-500/600客机唯一可装发动机。

遄达900系列: 2006年正式投入使用,推力范围70000至76500磅之间,作为空客380系列飞机的选装发动机。

遄达1000系列: 2008年正式投入使用,作为波音787系列飞机的选装发动机。

遄达XWB系列:2015年投入使用,是目前世界上效率最高的大型发动机,是空客A350系列家族的可选发动机。

遄达7000:是目前遄达家族最新的机型,遄达7000不仅仅是遄达700的升级版,更是结合了遄达1000和遄达XWB最新的技术,是目前空客A330NEO(new engine option 新发动机选择)的专属动力。该机型这个月(2018年11月)刚通过测试,不久将会交付客户。

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装配遄达7000的A330NEO


总之,罗罗也是一家伟大的企业。经过一百多年的历史积淀存活到现在,是有它的道理的。虽然在宽体客机市场上罗罗是绝对的领导者。但是总体来看,宽体机的订单和窄体机数的订单差一个数量级,因此大型发动机订单也相对有限,导致罗罗在整体发动机市场份额上只能屈居第二。当年由于的错误的决定放弃了窄体客机发动机市场,确实是不太明智的决定。虽然最后也曾联合PW,MTU等五家公司推出了V2500和CFM56抗衡,但是总体来说和CFM56的订单数量有很大差距,而且罗罗最后也基于战略考虑退出了股份。这都是后话了。

不过罗罗现在也在研发新的发动机技术。罗罗公司的Advance3项目和超扇(UltraFan)项目是当前重点进行的两个项目。这两种发动机技术是罗罗公司2020年后中等推力和大推力级发动机市场的关键技术。其中Advance3是齿轮传动技术,罗罗公司在其英国工厂进行Advance 3验证机的相关试验,并计划在德国达莱维茨工厂开始在超扇发动机概念下发展风扇齿轮减速器。超扇发动机是在Advance3项目核心机的基础上,采用碳纤维/钛合金风扇叶片和复合材料机匣,每架飞机可减重1500磅(680kg),相当于多载七名乘客而不增加成本。

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Advance3实验

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超扇发动机叶片

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下期预告——我们聊聊普拉特&惠特尼(Pratt & Whitney Group)发动机。


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