值得收藏,長文揭祕世界航空發動機巨頭的前世今身(二)

上期我們聊到和GE爭奪中俄CR929的另一家發動機供應商,相信大多數人都能猜到吧。沒錯,它就是今天我們要說的羅爾斯羅伊斯Rolls-Royce公司。


No.2 羅爾斯羅伊斯 Rolls-Royce, 簡稱羅羅

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羅爾斯羅伊斯發動機標誌

看到羅羅的標誌,大多數人的第一反應都是勞斯萊斯汽車,的確豪車人人都愛,但是羅羅發動機更厲害。事實上,Rolls-Royce Motor這個品牌是被英國羅羅公司賣給了寶馬集團,但是Rolls-Royce這個標誌還是由英國Rolls-Royce plc和寶馬集團共同持有的。一般當我們說Rolls-Royce汽車時,我們叫勞斯萊斯;當我們說Rolls-Royce發動機時,我們叫羅羅。

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勞斯萊斯汽車標誌

英國是噴氣式發動機誕生的故鄉,羅羅的歷史可以追溯到1906年,創始人是Charles Stewart Rolls(查爾斯·羅爾斯)和Frederick Henry Royce(亨利·羅伊斯)。Henry Royce羅伊斯是汽車工程師,懂技術。Charles Rolls羅爾斯是賽車手和商人,有錢。兩位老兄在一次偶然的碰面後,電光火石之間,便萌發了一起造汽車的夢想,有錢有技術,啥事都好辦。從此羅羅公司便開始了汽車製造之路,當時羅羅生產的“銀魅”汽車是世界上最昂貴的汽車。之後在第一次世界大戰時期,羅羅公司生產“鷹”式發動機,為英國飛機提供動力。在二戰時期,羅羅和飛機公司聯合,生產了大量的裝備羅羅“灰背隼”發動機的“噴火”戰鬥機和“颶風戰鬥機”。去年熱映的電影《敦刻爾克》裡面,就有噴火戰鬥機的身影。

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賽車手兼富商——查爾斯.羅爾斯

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左邊是富商查爾斯 羅爾斯,右邊是工程師亨利 羅伊斯

之後羅羅逐漸進入民航業,支持子爵號飛機和三叉戟飛機獲得成功。但是在70年代時期,羅羅由於在研發RB211發動機時候,資金鍊斷裂破產了,結果被英國政府出手相助,變成了國有化企業。之後羅羅解決了所有的技術難題,發動機獲得成功,RB211開始熱銷,羅羅開始在發動機行業逐漸復甦,之後羅羅又被英國政府私有化。至今羅羅所有的Trent系列發動機都是源於RB211的技術基礎。

獨門絕技:三轉子發動機技術

所謂三轉子技術就是指發動機一共有三個轉子系統,如下圖所示。其中風扇配低壓渦輪,中壓壓氣機和中壓渦輪匹配,高壓壓氣機和高壓渦輪匹配。3轉子結構的最大優點:各個轉子可以在各自最佳的轉速下工作,因此可以提高壓氣機效率,降低耗油率。並且三轉子可以使用較少的轉子級數來達到設定的壓比,使得發動機軸向長度較短,發動機整體剛性好。但三轉子技術最大的難度在於轉子與轉子之間的軸承支撐,以及如何減小轉子運轉時之間相互振動的影響。羅羅是目前唯一將三轉子技術掌握並廣泛應用於民用發動機領域的製造商。

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三轉子發動機結構示意圖

明星產品:

提到羅羅發動機,我會馬上想到的機型有Spay斯貝,RB211,Trent系列.

1. Spay斯貝發動機

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斯貝發動機

Spay斯貝發動機是羅羅在60年代研發的一款小涵道比渦扇發動機,分民用型和軍用型。民用型用在英國宇航公司BAC-111客機和德哈維蘭三叉戟客機。國人對三叉戟應該很熟悉吧,飛機尾部裝有三個發動機,很英俊的飛機。當年林*統帥就是乘坐三叉戟客機出走的。軍用的斯貝是帶加力燃燒室的改型,用在了英國從美國購買的F4鬼怪飛機上。我國在70年代時候曾經引進全套斯貝發動機技術,羅羅也是慷慨把斯貝賣給了我國。當時談判的合同總價值4000多萬英鎊,確實讓羅羅公司大賺一筆。引進後中國對斯貝進行了國產化,研製出了渦扇9“秦嶺”發動機,裝在了“飛豹”戰機上,當然這是題外話了。總之,斯貝項目對羅羅來說是比較成功的,前後一共賣了5000臺左右,最後還一把賣出生產權利,賺了一筆快錢。

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中國引進的三叉戟飛機——曾是領導人專機

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BAC-111客機

2. RB211發動機

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特朗普專機上的RB211發動機

在60年代末期,羅羅和美國洛克希德公司結盟,研發RB211三轉子渦扇發動機為洛克希德的寬體三星飛機提供動力,這個洛克希德公司就是今天大名鼎鼎的美國洛克希德馬丁公司的前身,是國際著名的軍火集團。但是由於三轉子技術難度比較大,以及自身技術儲備不足,導致羅羅在研發中遇到無法解決的技術問題,最終導致資金鍊斷裂。

因為當時羅羅有計劃採用一種碳纖維複合材料葉片,但是在進行整機鳥撞測試時,憤怒的小鳥每次都把複合材料葉片撞個稀巴爛,也一次次撞碎羅羅人的夢想。由於葉片強度不滿足,因此風扇葉片無法滿足試航要求,也就無法投產,而這個問題一值得不到解決,導致研發經費超過預期的兩倍,最終現金流斷裂,因此1971年羅羅宣告破產。

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發動機鳥撞測試

作為英國工業最後幾抹餘暉之一,英國政府當然不能對羅羅不聞不問,緊接著英國政府就宣佈接管羅羅,並注入資金讓RB211項目繼續,最終羅羅放棄採用複合材料葉片,改用鈦合金葉片解決了葉片技術問題。而之後RB211系列不斷髮展並得到了市場的認可,尤其以高的燃油效率和低的排放量受到了航空公司的青睞。

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空心鈦合金葉片

但是最初RB211匹配的三星客機卻因為發動機問題,導致投入市場比B747晚了幾年,最終沒賣出多少,導致洛克希德把家底都壓在這個項目上但卻虧損的一塌糊塗,從此退出了民用航空市場。所以世界民航歷史再也沒有洛克希德,軍火市場上多了一個洛克希德馬丁。到1987 年,羅羅公司逐漸恢復元氣後,英國政府又重新將羅羅私有化。從此掌握了三轉子秘方的羅羅逐漸在航空界站穩了腳步,奮起直追。RB211系列發動機主要配備的機型有:

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, 圖Tu-204

RB211-524G波音747-400,747-400F, 767-300

RB211-524H波音747-400, 767-300

3. Trent遄達系列發動機

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遄達1000發動機——用在B787夢想客機

遄達系列發動機是RB211衍生而來的。由於在前期RB211系列大型渦扇發動機先打下之良好基礎。發展到RB211-524 G/H型,靜推力(static thrust)已提升到60000磅,但根據研究仍有發展潛力。而配合市場需求的-524L型式發動機,推力潛力可達72000磅。

而此時,波音、空客正進行大型雙發動機寬體客機計劃。羅羅決定趁此機會發展大型渦扇發動機,認為這是RB211系列發展歷程中一個轉折階段;同時為了讓市場上能對這款大型渦輪風扇發動機與以往的產品加以區別,決定對該系列發動機命名為Trent遄達。

順便提一句遄達的命名來自於羅羅總部德比Derby附近的一條河和名字。對了,斯貝Spay也是一條河的名字。看來我國商發對把第一款發動機命名為CJ1000-長江1000,多少也是受到羅羅影響。 遄達家族共有以下幾款:

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Trent 遄達XWB發動機——用於A350XWB

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遄達700發動機——用在A330發動機

遄達700系列:1995年正式投入使用,推力範圍67500至71100磅之間,作為空客330系列客機的選裝發動機。

遄達800系列: 在遄達700的基礎上發展,採用了110英寸(1英寸等於2.54釐米)直徑的風扇,1995年正式投入使用,推力範圍75000至95000磅之間,作為波音777系列飛機的選裝發動機。

遄達500系列: 2002年正式投入使用,推力範圍53000至56000磅之間,作為空客340-500/600客機唯一可裝發動機。

遄達900系列: 2006年正式投入使用,推力範圍70000至76500磅之間,作為空客380系列飛機的選裝發動機。

遄達1000系列: 2008年正式投入使用,作為波音787系列飛機的選裝發動機。

遄達XWB系列:2015年投入使用,是目前世界上效率最高的大型發動機,是空客A350系列家族的可選發動機。

遄達7000:是目前遄達家族最新的機型,遄達7000不僅僅是遄達700的升級版,更是結合了遄達1000和遄達XWB最新的技術,是目前空客A330NEO(new engine option 新發動機選擇)的專屬動力。該機型這個月(2018年11月)剛通過測試,不久將會交付客戶。

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裝配遄達7000的A330NEO


總之,羅羅也是一家偉大的企業。經過一百多年的歷史積澱存活到現在,是有它的道理的。雖然在寬體客機市場上羅羅是絕對的領導者。但是總體來看,寬體機的訂單和窄體機數的訂單差一個數量級,因此大型發動機訂單也相對有限,導致羅羅在整體發動機市場份額上只能屈居第二。當年由於的錯誤的決定放棄了窄體客機發動機市場,確實是不太明智的決定。雖然最後也曾聯合PW,MTU等五家公司推出了V2500和CFM56抗衡,但是總體來說和CFM56的訂單數量有很大差距,而且羅羅最後也基於戰略考慮退出了股份。這都是後話了。

不過羅羅現在也在研發新的發動機技術。羅羅公司的Advance3項目和超扇(UltraFan)項目是當前重點進行的兩個項目。這兩種發動機技術是羅羅公司2020年後中等推力和大推力級發動機市場的關鍵技術。其中Advance3是齒輪傳動技術,羅羅公司在其英國工廠進行Advance 3驗證機的相關試驗,並計劃在德國達萊維茨工廠開始在超扇發動機概念下發展風扇齒輪減速器。超扇發動機是在Advance3項目核心機的基礎上,採用碳纖維/鈦合金風扇葉片和複合材料機匣,每架飛機可減重1500磅(680kg),相當於多載七名乘客而不增加成本。

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Advance3實驗

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超扇發動機葉片

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下期預告——我們聊聊普拉特&惠特尼(Pratt & Whitney Group)發動機。


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