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ⓘ 勞斯萊斯RB211




勞斯萊斯RB211
                                     

ⓘ 勞斯萊斯RB211

勞斯萊斯RB211 (Rolls-Royce RB211)是一個由勞斯萊斯生产、推力介于37.400至60.600磅(166-270千牛頓)之间的高涵道比涡轮风扇发动机家族。

最初发展的目的是做洛克希德公司L-1011(三星飞机)的动力装置,从1972年开始随着三星飞机的投入使用而开始服务,并且是该型飞机唯一的动力来源。研究RB211所花去的巨额资金使得勞斯萊斯有限公司在1971年破产,而之后被英国政府国有化使得公司能够生存下来。

RB211在1990年代被其概念的继承者遄达系列发动机(Trent)所取代。

                                     

1.1. 历史 背景

在1966年,美国航空宣布他们需要一种座英里成本更低的新型双发中短程客机。而飞机制造商们希望能再有至少一家航空公司赞同这种主意,他们才进行开发。恰好美国东方航空对此也有兴趣,不过他们希望这种新飞机拥有更长的航程,而在那个时代,对于这种长航程客机的必须使用三发来满足冗余度的需求。其他航空公司也还是对三发的客机感兴趣。洛克希德公司和道格拉斯公司各自推出了自己的新型飞机:L-1011三星飞机和DC-10。这两款飞机都是300座级三发宽体双通道,能横跨美洲大陆的中远程客机。

这些新型飞机都需要新发动机。而这个时期发动机技术取得了极大的进步,即从低涵道改为高涵道。这使得发动机可以提供更大的推力,并且更加省油,更加安静。勞斯萊斯曾经想发展一种推力为45000磅(200千牛)的新型发动机来用在升级版的三叉戟飞机上,即 RB178 ,不过失败了。这项计划在后来又发展为为空客A300提供动力的,推力为47500磅(211千牛) RB207 ,不过后来取消了。于是勞斯萊斯就专心进行它的RB211研发计划。

于此同时,勞斯萊斯还在进行它的三转子涡轮发动机的研究。这种发动机被认为可以提供更高的工作效率。这种配置下,涡轮发动机中有三组不同的涡轮,分别驱动三组不同的压气机,以不同的速度旋转。这种情况下,不同的压气机都可以工作在最佳转速。不过三转子的设计虽然更加紧凑和坚固,但是其复杂的结构也增加了制造维护的难度。这时有好几种三转子的设计正在进行,包括用来取代 斯贝发动机 、设计推力在10.000磅(44千牛)的RB203。

                                     

1.2. 历史 设计完成

在1967年6月23日,勞斯萊斯向洛克希德公司提供了为L-1011三星飞机设计的RB211-06型发动机的设计。这种新发动机可以提供33260磅(147.9千牛)的额定推力,并且使用了很多发动机的新技术:源自RB207的可以提供大功率的高涵道比设计,以及源自RB203的三转子设计。除此之外,也有一些全新的技术。风扇就是使用全新的,被称作" 海菲尔(hyfil)”碳纤维复合材料制成。这样的节省的重量和全用金属制成的风扇相当,从而增大了发动机的推重比,这是一个很大的优势。勞斯萊斯公司承诺在1971年将RB211投入使用,尽管他们知道要在这么短的时间内增添这么多新技术是一项挑战。

洛克希德公司认为这种新发动机的使用会让L-1011与DC-10相比具有很大的优势。然而,道格拉斯公司在1967年10月也同样收到了勞斯萊斯请求让DC-10装上推力为34000磅(157千牛)的RB211-10型发动机的建议。紧随其后的就是一场场激烈的谈判,既在飞机制造商洛克希德公司和道格拉斯公司之间,也在发动机提供方勞斯萊斯、GE和普惠之间,还在美国的各大航空公司之间。在这期间,价格越谈越低,推力越报越高。在1968年年初的时候,勞斯萊斯能提供推力40600磅(181千牛)的RB211-18。而最后1968年3月29日,在收到94架L-1011订单之后,洛克希德公司决定选用勞斯萊斯公司的RB211-22发动机,并订购了150对。

                                     

1.3. 历史 开发和测试

RB211的复杂使得它的开发和测试耗时很长。1969年秋天,在努力满足性能要求的情况下,勞斯萊斯不得不承认,发动机推力不足,并且超重,而且油耗过高。这种情况还在进一步恶化。1970年5月,在对海菲尔制成的风扇进行的测试中,没有通过鸟击测试。幸好勞斯萊斯为了研究了一种钛叶片,作为海菲力的替代品。不过这意味着额外的成本和更大的重量。这也带来了技术上的问题。人们发现这些钛坯料只有一面的质量满足风扇叶片的制造要求。

到了1970年9月,勞斯萊斯向英国政府报告,RB211的开发已经花掉1.703亿英镑 - - 几乎是原计划的两倍。此外,RB211的制造成本预估已经超过230375英镑该项目正在进入危机。

                                     

1.4. 历史 破产和低迷

在1971年一月,勞斯萊斯已经资不抵债。由于它的战略重要性,1971年2月4日,该公司由当时爱德华 希思的保守党政府的国有化,允许其完成RB211的发展。不过这严重危害到了洛克希德公司L-1011的计划。

此时,没有政府援助的洛克希德公司处于弱势地位。英国政府要求美国政府担保洛克希德完成L-1011计划的银行贷款。因为万一本身被困难削弱的洛克希德公司的L-1011项目失败的话,RB211的市场将会化为泡影。美国政府承诺提供这项保障,尽管有一些反对的声音。在1971年5月,一个被称叫作" 勞斯萊斯有限公司”(Rolls-Royce 1971 Ltd)的新公司建立,接收了原勞斯萊斯的资产和债务,并且和洛克希德公司签订了一份新合同。这份新合同取消了延迟交付的违约金,并且每台发动机的价格提高了110000英镑。

被任命来抢救勞斯萊斯的董事会新主席,肯尼斯 基思,说服斯坦雷 胡克出山继续工作,出任技术总监。他领导一群退休工程师来解决RB211-22研制过程中面临的问题。在比原计划延迟了大约一年的1972年4月14日,发动机取得了型号合格证。而在当月26日,美国东方航空第一架L-1011投入商业运营。挽救了勞斯萊斯的胡克在1974年被授予了爵士爵位。

因为主要精力投入了保证发动机性能,刚开始投入运营的RB211的初始可靠性不如当初的预期,而后来交货的RB211-22B型的性能指标甚至比早先交货的-22C型还低。

经管RB211最终发布,但由于L-1011的失败以及搭载RB211的波音747销量不佳。RB211在1970年代一直处于严重亏损状态,这甚至导致劳斯莱斯公司差一点被迫关门。

                                     

1.5. 历史 挽救与接替

1980年,波音757正式宣布将默认搭载RB211(搭载普惠PW2000的版本于后来才发布)。而搭载RB211的757最终卖出的733架(而搭载PW2000的757仅卖出316架)。这一大卖最终拯救了RB211项目,劳斯莱斯也迎来了自1971年后首次盈利。

1989年,随着普惠PW4000系列发布,设计已经逐渐老旧的RB211已经无法再适应市场趋势。为此劳斯莱斯正式宣布放弃RB211计划,转而发展效率更高的Trent系列。

                                     

1.6. 历史 RB211-524系列

虽然RB211最初是为L-1011-1设计的,但是勞斯萊斯知道,它还有进一步开发以获取更大推力的潜力。通过对风扇叶片叶型和中压压气机进口环的修改,胡克的团队使得的新发动机的推力提高到50000磅(220千牛)。这种新型号被命名为RB211-524,它可以为新型L-1011以及波音747提供动力。

勞斯萊斯在60年代的时候试着让RB211卖给波音,不过失败了。但是新型的-524系列在性能和效率上有了显著提高,超过了波音747原来的动力装置普惠JT9D。在1973年10月波音同意将RB211-524装在747-200上,而英国航空订购了首架并在1977年交付使用。勞斯萊斯继续改进-524,将它的推力提高到51500磅(229千牛),是为-524C。在1981年又将推力提高到了53000磅(240千牛),是为-524D。著名的航空公司,诸如澳洲航空、国泰航空、盧森堡貨運航空、南非航空都是-524系列的顾客。当波音开始更大型的747-400计划时,对推力又有了更大的要求,勞斯萊斯推出 了推力为58000磅(260千牛)的-524G,以及推力为60600(270千牛)的-524H,这些都是最早装上全权限数字电子控制器(FADEC)。-524H也是波音767的三种可选发动机之一。第一架装有-524H767的客户是英国航空,在1990年2月投入运营。

后来,勞斯萊斯发展下一代的瑞达发动机时发现,瑞达700先进的高压系统(高压压气机和高压涡轮)安装在-524G和-524H上非常合适,不但降低了发动机重量,而且有节能减排的功效。 这就分别诞生了两种新型号:-524G-T和-524H-T。也可以对现有的-524G/H发动机进行升级。

随着-524系列的发展,它的可靠性日益增加。 在1993年,767和-524H的组合通过了180分钟的ETOPS认证。

                                     

1.7. 历史 RB211-535系列

在20世纪70年代中期,波音公司着手设计取代非常成功的727系列的新型双发飞机。这个级别的客机提供150到200个座位。勞斯萊斯认识到,将RB211减小风扇直径并且去掉第一级中压压气机,能提供37400磅(166千牛)推力的新型号对此非常适合。这种新型号就是RB211-535系列。在1978年8月31日,美国东方航空和英国航空宣布订购采用RB211-535C发动机的新波音757飞机。他们在1983年一月投入服务,这是勞斯萊斯第一次为波音公司的飞机提供发动机。

然而在1979年,普惠公司推出了PW2000系列发动机,声称其中的PW2037型比-535C型的燃油效率提高了8%。于是波音向勞斯萊斯施加压力,要求为757提供一种更具竞争力的发动机,并且使用更加先进的-534系列的核心机作为基础。这种新型号发动机RB211-535E4能提供40100磅(178千牛)的推力,在1984年10月投入服务。这依然没有PW2037的效率高,不过它更可靠和安静。这也是第一种使用空心宽弦风扇的发动机,这是一种可以提高效率、较少噪音,并对异物的伤害提供保护的新设计。事实上,这种新技术之前已经使用在部分-535C上。

最为重要的-535E型发动机的订单可能是1988年美国航空订购的50架安装-535E4的757。让美国航空选择-535E4的一个很重要的原因就是它的噪音低。这是勞斯萊斯在三星飞机项目之后,从美国的航空公司那儿得到的最有意义的的订单,因为他导致随后-535E4发动机在757飞机的市场上取得了主导权。一则刊登在Air International上的段子说,美国航空是先选择了-535E4,后选择了波音757。不过这对于勞斯萊斯和波音来说都是个好消息。

在安装在757上之后,-535E4又在1992年安装在了俄罗斯图波列夫公司的图-204-120上。这是俄制飞机第一次使用西方发动机。-535E4也作为一种波音公司的B-52H替代发动机,可以用四台取代八台TF33(JT3D的军用版)。对于-535E4进一步的升级是在90年代,用瑞达700的技术提升了它的排气性能。

-535E4是一种可靠性非常高的发动机。 在1990年,757和-535E4的组合通过了180分钟的ETOPS认证。



                                     

1.8. 历史 工业用RB211

当勞斯萊斯在开发-22系列的时候,就意识到它可以发展成一种燃氣渦輪發動機,并在1974年开始了工业用RB211项目。当-524系列开发完成不久,它上面的新技术又被用来改进这种燃气轮机,是为RB211-24。这种发电机在随后几年继续发展,而今天,它已经可以提供25.2-32兆瓦功率的电力 。这一系列的许多衍生型号也被用在石油天然气行业。

                                     

1.9. 历史 轮船用WR-21

由其发展来的,25兆瓦级的WR-21是一种船用间冷回热(ICR)燃气轮机。

                                     

2.1. 规格 RB211-22系列

  • 18喷嘴的单环形燃烧室
  • 六级高压压气机
  • 单级中压涡轮
  • 单级宽弦风扇
  • 单级高压涡轮
  • 三级低压涡轮
  • 七级中压压气机
  • 三转子
  • 5.0的高涵道比
                                     

2.2. 规格 RB211-524系列

  • 三级低压涡轮
  • 单级高压涡轮
  • 单级中压涡轮
  • 七级中压压气机
  • 六级高压压气机
  • 18(G/H-T是24)喷嘴的单环形燃烧室
  • 三转子
  • 4.1 - 4.3的高涵道比
  • 单级宽弦风扇
                                     

2.3. 规格 RB211-535系列

  • 4.3-4.4的高涵道比
  • 六级高压压气机
  • 六级中压压气机
  • 18(新版本E4是24)喷嘴的单环形燃烧室
  • 单级中压涡轮
  • 三级低压涡轮
  • 单级高压涡轮
  • 三转子
  • 单级宽弦风扇

-535E4不但使用了新型中压压气机,而且率先使用了宽弦无凸肩(凸台)空心叶片,这使得风扇气动效率有所提高,并降低了生产成本。除此之外,它也使用了许多新材料,比如使用在高压压气机和风扇上的钛合金,使用在发动机短舱上的碳纤维复合材料。而其后的发动机又配备了一些来自-524系列的新功能,比如FADEC。