罗-罗公司的三轴发动机及其新技术

　　经过多年的发展，RB211 及其后继发动机遄达已无可争辩地成为当代大型民用航空发动机中较成功的发动机系列。<br/>　　 迄今，罗-罗公司交付该系列发动机已超过33500台，并且已积累了1.02亿飞行小时的使用经验，发动机的安全性指标达到了极高的水平，而且，RB211-535和遄达800的改型发动机的可靠性指标也是目前发动机市场上较高的。<br/>　　 三轴结构的优点<br/>　　三轴结构是指发动机的三个转子彼此无机械连系，且在各自最佳转速下运转。三轴发动机结构比较容易实现推力增加，因为发动机核心机的修改可以相对于低压系统独立进行。罗－罗公司的RB211和遄达就是三轴结构的发动机。<br/>　　 三轴发动机的结构布局使得涡轮机械部件能够选取最佳的工作转速运转，因此减少了零件数目，最终降低了单位成本。此外，这种结构布局还使发动机在较低的涡轮进口温度条件下能达到较高的推力级，因此发动机的热端寿命更长。<br/>　　 一台长度短的发动机具有刚性的承载轴承结构，由此可以减少转子/静子间的偏心率，从而使间隙更小，性能保持更好，进一步增加了发动机的热端寿命，减少了燃料的消耗量。 <br/>　　 RB211-22C初奏凯歌<br/>　　第一台三轴发动机于1963年底开始研制。1965年，第一台商用三轴发动机RB178-51交付用户，它是为波音747-100飞机设计的。这种发动机的涵道比为6，推力为182千牛。但是，这种以泛美航空公司为启动用户的飞机最后装的是美国普惠公司的JT9D发动机。在失去了波音747-100飞机的合同后，罗-罗公司就把三轴发动机的研究重点放在洛克希德·马丁公司的L-1011和麦道公司的DC-10飞机上。当时，这两种飞机考虑采用双发和三发喷气推进的两种结构方案。<br/>　　 1968年3月29日，洛克希德·马丁公司选择了罗-罗公司的RB211作为其L-1011"三星"飞机的动力，共订购了450台发动机。同时，美国环球航空公司（TWA）和东方航空公司（Eastern）也订购了用于94架飞机的RB211。由于罗-罗公司感到自己无力同时支持洛克希德·马丁和麦道两家公司的飞机项目，因此从DC-10飞机项目中退出,使GE公司以CF6-6发动机成为DC-10的供应商，同时成了罗-罗公司的对手。<br/>　　 经过一段非常艰苦的发展历程，RB211-22C发动机终于在1972年投入了使用，1年之后改型为RB211-22B。这种发动机共交付了550台，有些发动机至今仍在使用。<br/>　　 1970年，航程更长的L-1011、DC-10、波音747以及潜在的欧洲空客公司的飞机都需要一种推力在214～235千牛之间的发动机。<br/>　　 RB211-524异军突起<br/>　　罗-罗公司于1971年开始RB211-524发动机的初始设计研究，重点放在发动机最初的推力达214千牛所需作的设计更改上，其中包括一种直径不变，但流量增大20%的新风扇，一种新的中压压气机，一种改进的高压压气机和新的高压涡轮。所有上述修改都不会对发动机的整体尺寸带来影响。当发动机开始生产时，其中有85%以上的零件与-22B的相同。<br/>　　 RB211-524于1977年服役，装在沙特阿拉伯航空公司的重型L-1011上，紧接着又用在英国航空公司的波音747飞机上。当一架装-22B发动机的L-1011换装-524发动机以后，燃油消耗减少7%，航程增加了66%。由于飞机方面也作了一些改进，使推力进一步提高，耗油率进一步降低。<br/>　　 从那时起，罗-罗公司已为波音747研制了多种大推力的发动机，包括RB211-524C（1980年，229千牛）、RB211-524D4（1981年，236千牛）、RB211-524G（1989年，258千牛）和RB211-524H（1990年，270千牛）。这些发动机都在降低耗油率的同时，采用了与-22B发动机相同的直径。<br/>　　 最近，-524在采用了遄达 700的核心机之后，改型出RB211-524G/H-T。采用了这种新核心机后，RB211的重量减轻了91千克，效率提高了2%。遄达 700的核心机涡轮前温度设计得比-524高60℃，而且由于效率提高，涡轮出口温度降低了30℃。总之，在采用遄达700的核心机之后，RB211的热端耐久性大大提高。 <br/>　　 RB211-535又获成功<br/>　　罗-罗公司在发展-524的同时，还发展了用于波音757飞机的RB211-535。波音757是一种用于替代波音727的全新的飞机。当飞机选择以两台发动机为动力时，发动机的可靠性就变得更为重要。1978年8月，波音757的两个发起用户，英国航空公司（BA）和美国东方航空公司（EAL）订购了RB211-535C，这也是波音公司飞机的发起用户首次没有选用普惠公司的发动机。EAL公司的波音757于1982年开始投入运营，与波音727-200相比，每加仑客座公里数增加了72%，同时航程也加长。<br/>　　 1980年，普惠公司开始启动该公司与-535C相竞争的发动机项目，普惠公司发动机的设计目标是具有优良的热动力循环特性，并且采用先进的部件技术，使发动机的耗油率比-535C的低8%。由此，促使罗-罗公司开始研制RB211-535E4，该发动机的推力为178千牛，其中大量采用了罗-罗公司的最先进技术。-535E4发动机于1984年服役。通过使用证实了罗-罗公司的这种发动机比以往任何发动机都可靠，加上它具有低噪声特性，已经确保了占有市场的较大份额。目前80%的用户选择了这种发动机为动力，该发动机的销售额占市场的58%。<br/>　　 -535E4发动机是第一种采用宽弦风扇叶片的生产型发动机。后来，RB211-524也采用了这一技术。这种发动机的早期型别采用的是带阻尼凸台的实心风扇叶片。在-22B发动机的基础上进行的其他改进包括第2阶段燃烧室，这项技术提高了发动机的效率，减少了排烟，改善了耐久性。同时，第1代定向结晶的涡轮叶片使发动机寿命延长，并且使发动机的涡轮能承受更高的温度。与所有的RB211和遄达系列发动机一样，这两种发动机的中压涡轮叶片始终是无冷却的。 <br/>　　遄达系列再创新高<br/>　　 80年代后期，高载荷能力的洲际运输机显示出强劲的市场需求。现在，长航程及中等航程的运输市场已经采用了大量的"大双发"飞机。对于长航程飞机来说，对拥有成本影响最大而且也是唯一影响因素的是燃料的成本，大约占总成本的40%。因此，减少燃料的消耗是发展大推力的民用航空发动机时要解决的最大问题。幸运的是，罗-罗公司的-524G和H发动机的高压系统非常大，足以提供所需的推力。为增大高压系统的压力，这两种发动机加装了一个配有新的中压压气机的大风扇。因此，当罗-罗公司在1988年开始发展遄达系列发动机时，发动机的起飞推力高至285～445千牛。<br/>　　 遄达700（300～347千牛）是为A330飞机研制的发动机，该项目于1995年开始起动，发起用户是美国环球航空公司。用于波音777飞机的遄达 800（334～385千牛）也是在1995年开始发展的，发起用户是泰国航空公司，这种发动机后来又经过改型，推力提高到423千牛。<br/>　　 要满足空客新飞机的需求，发动机的推力应达到245～267千牛。GE曾一度以CFM56发动机处于这种飞机的唯一供应商的位置。在与航空公司达成了唯一的一项协议之后，该公司开始了一种新发动机的研究。但是，这项协议于1996年11月终止之后，GE公司再也没有与其他任何航空公司达成协议，剩下了罗-罗公司和普惠公司为这种飞机的合同而竞争。<br/>　　 罗-罗迅速推出了遄达 500发动机与普惠公司的由PW4058发动机改型的发动机展开了激烈的竞争。并且到1997年年中，罗-罗公司以风险共担、利益共享为条件，被选中作为该飞机的唯一发动机供应商。到1997年底，罗-罗公司已收到来自7家航空公司的发动机订货，共为78架飞机提供动力，这一数额已超过了RB211在1968年时的最初订货量。现在，遄达 500的订货（包括意向订货）已超过550台，共用于124架飞机，用户为10个。遄达500的风扇系统以遄达700发动机的为基础，但是压气机采用了缩尺的遄达800的压气机，并且运用了更先进的高压/中压涡轮设计方法，轴间轴承是反向安装的，这样一来，轴承的外圈以低压转子的转速转动，而轴承的内圈以高压转子的转速转动，使轴承保持架的应力达到最小。罗-罗公司目前进行的最重要的民用发动机项目是遄500，因此，公司在今后的几年里，必须大大提高发动机的产量。这种发动机也被考虑作为潜在的A300换代飞机的发动机。<br/>　　 为空客公司的A380飞机发展的遄达900发动机以遄达500为基础，而遄达 600则瞄准了未来波音公司的波音747X和767-400X飞机。<br/>　　 与-524发动机相比，遄达 800发动机的总压比从34增大到41，达到了顶峰值，涵道比也从4增大到6，涡轮进口温度的增大值超过100℃，耗油率降低6%，单位重量减少9%。但是，发动机的单位推力仍比-22B发动机高16%，这是由于发动机核心机的推力增大了。<br/>　　 遄达700和遄达 800发动机的通用性极强，这一特性得益于三轴发动机的结构布局，而且从某种程度上说，这一特性对于使两种发动机能在80年代末和90年代初同时研制出来是非常重要的。<br/>　　 在遄达8104上证实了该系列发动机的推力可以提高到445千牛。同时，在这种发动机上也看到了采用后掠风扇叶片技术的首次商业应用。遄达系列发动机的重大改进之一是采用了第二代以超塑成形/扩散连接工艺制造的宽弦风扇叶片。此外，遄达发动机还采用了先进的涡轮叶片材料。这样，尽管温度提高了，但中压涡轮叶片仍可保持无冷却。同时，还增大了高压涡轮的流通量以满足核心机质量流量的增加。<br/>　　 为加强对间隙的控制和增加喘振裕度，罗-罗对高压压气机机匣的安装边进行了改进。同时，遄达采用的第5阶段燃烧室具有世界一流低污染排放特性。经过多年的发展，RB211 及其后继发动机遄达已无可争辩地成为当代大型民用航空发动机中较成功的发动机系列。<br/>　　 迄今，罗-罗公司交付该系列发动机已超过33500台，并且已积累了1.02亿飞行小时的使用经验，发动机的安全性指标达到了极高的水平，而且，RB211-535和遄达800的改型发动机的可靠性指标也是目前发动机市场上较高的。<br/>　　 三轴结构的优点<br/>　　三轴结构是指发动机的三个转子彼此无机械连系，且在各自最佳转速下运转。三轴发动机结构比较容易实现推力增加，因为发动机核心机的修改可以相对于低压系统独立进行。罗－罗公司的RB211和遄达就是三轴结构的发动机。<br/>　　 三轴发动机的结构布局使得涡轮机械部件能够选取最佳的工作转速运转，因此减少了零件数目，最终降低了单位成本。此外，这种结构布局还使发动机在较低的涡轮进口温度条件下能达到较高的推力级，因此发动机的热端寿命更长。<br/>　　 一台长度短的发动机具有刚性的承载轴承结构，由此可以减少转子/静子间的偏心率，从而使间隙更小，性能保持更好，进一步增加了发动机的热端寿命，减少了燃料的消耗量。 <br/>　　 RB211-22C初奏凯歌<br/>　　第一台三轴发动机于1963年底开始研制。1965年，第一台商用三轴发动机RB178-51交付用户，它是为波音747-100飞机设计的。这种发动机的涵道比为6，推力为182千牛。但是，这种以泛美航空公司为启动用户的飞机最后装的是美国普惠公司的JT9D发动机。在失去了波音747-100飞机的合同后，罗-罗公司就把三轴发动机的研究重点放在洛克希德·马丁公司的L-1011和麦道公司的DC-10飞机上。当时，这两种飞机考虑采用双发和三发喷气推进的两种结构方案。<br/>　　 1968年3月29日，洛克希德·马丁公司选择了罗-罗公司的RB211作为其L-1011"三星"飞机的动力，共订购了450台发动机。同时，美国环球航空公司（TWA）和东方航空公司（Eastern）也订购了用于94架飞机的RB211。由于罗-罗公司感到自己无力同时支持洛克希德·马丁和麦道两家公司的飞机项目，因此从DC-10飞机项目中退出,使GE公司以CF6-6发动机成为DC-10的供应商，同时成了罗-罗公司的对手。<br/>　　 经过一段非常艰苦的发展历程，RB211-22C发动机终于在1972年投入了使用，1年之后改型为RB211-22B。这种发动机共交付了550台，有些发动机至今仍在使用。<br/>　　 1970年，航程更长的L-1011、DC-10、波音747以及潜在的欧洲空客公司的飞机都需要一种推力在214～235千牛之间的发动机。<br/>　　 RB211-524异军突起<br/>　　罗-罗公司于1971年开始RB211-524发动机的初始设计研究，重点放在发动机最初的推力达214千牛所需作的设计更改上，其中包括一种直径不变，但流量增大20%的新风扇，一种新的中压压气机，一种改进的高压压气机和新的高压涡轮。所有上述修改都不会对发动机的整体尺寸带来影响。当发动机开始生产时，其中有85%以上的零件与-22B的相同。<br/>　　 RB211-524于1977年服役，装在沙特阿拉伯航空公司的重型L-1011上，紧接着又用在英国航空公司的波音747飞机上。当一架装-22B发动机的L-1011换装-524发动机以后，燃油消耗减少7%，航程增加了66%。由于飞机方面也作了一些改进，使推力进一步提高，耗油率进一步降低。<br/>　　 从那时起，罗-罗公司已为波音747研制了多种大推力的发动机，包括RB211-524C（1980年，229千牛）、RB211-524D4（1981年，236千牛）、RB211-524G（1989年，258千牛）和RB211-524H（1990年，270千牛）。这些发动机都在降低耗油率的同时，采用了与-22B发动机相同的直径。<br/>　　 最近，-524在采用了遄达 700的核心机之后，改型出RB211-524G/H-T。采用了这种新核心机后，RB211的重量减轻了91千克，效率提高了2%。遄达 700的核心机涡轮前温度设计得比-524高60℃，而且由于效率提高，涡轮出口温度降低了30℃。总之，在采用遄达700的核心机之后，RB211的热端耐久性大大提高。 <br/>　　 RB211-535又获成功<br/>　　罗-罗公司在发展-524的同时，还发展了用于波音757飞机的RB211-535。波音757是一种用于替代波音727的全新的飞机。当飞机选择以两台发动机为动力时，发动机的可靠性就变得更为重要。1978年8月，波音757的两个发起用户，英国航空公司（BA）和美国东方航空公司（EAL）订购了RB211-535C，这也是波音公司飞机的发起用户首次没有选用普惠公司的发动机。EAL公司的波音757于1982年开始投入运营，与波音727-200相比，每加仑客座公里数增加了72%，同时航程也加长。<br/>　　 1980年，普惠公司开始启动该公司与-535C相竞争的发动机项目，普惠公司发动机的设计目标是具有优良的热动力循环特性，并且采用先进的部件技术，使发动机的耗油率比-535C的低8%。由此，促使罗-罗公司开始研制RB211-535E4，该发动机的推力为178千牛，其中大量采用了罗-罗公司的最先进技术。-535E4发动机于1984年服役。通过使用证实了罗-罗公司的这种发动机比以往任何发动机都可靠，加上它具有低噪声特性，已经确保了占有市场的较大份额。目前80%的用户选择了这种发动机为动力，该发动机的销售额占市场的58%。<br/>　　 -535E4发动机是第一种采用宽弦风扇叶片的生产型发动机。后来，RB211-524也采用了这一技术。这种发动机的早期型别采用的是带阻尼凸台的实心风扇叶片。在-22B发动机的基础上进行的其他改进包括第2阶段燃烧室，这项技术提高了发动机的效率，减少了排烟，改善了耐久性。同时，第1代定向结晶的涡轮叶片使发动机寿命延长，并且使发动机的涡轮能承受更高的温度。与所有的RB211和遄达系列发动机一样，这两种发动机的中压涡轮叶片始终是无冷却的。 <br/>　　遄达系列再创新高<br/>　　 80年代后期，高载荷能力的洲际运输机显示出强劲的市场需求。现在，长航程及中等航程的运输市场已经采用了大量的"大双发"飞机。对于长航程飞机来说，对拥有成本影响最大而且也是唯一影响因素的是燃料的成本，大约占总成本的40%。因此，减少燃料的消耗是发展大推力的民用航空发动机时要解决的最大问题。幸运的是，罗-罗公司的-524G和H发动机的高压系统非常大，足以提供所需的推力。为增大高压系统的压力，这两种发动机加装了一个配有新的中压压气机的大风扇。因此，当罗-罗公司在1988年开始发展遄达系列发动机时，发动机的起飞推力高至285～445千牛。<br/>　　 遄达700（300～347千牛）是为A330飞机研制的发动机，该项目于1995年开始起动，发起用户是美国环球航空公司。用于波音777飞机的遄达 800（334～385千牛）也是在1995年开始发展的，发起用户是泰国航空公司，这种发动机后来又经过改型，推力提高到423千牛。<br/>　　 要满足空客新飞机的需求，发动机的推力应达到245～267千牛。GE曾一度以CFM56发动机处于这种飞机的唯一供应商的位置。在与航空公司达成了唯一的一项协议之后，该公司开始了一种新发动机的研究。但是，这项协议于1996年11月终止之后，GE公司再也没有与其他任何航空公司达成协议，剩下了罗-罗公司和普惠公司为这种飞机的合同而竞争。<br/>　　 罗-罗迅速推出了遄达 500发动机与普惠公司的由PW4058发动机改型的发动机展开了激烈的竞争。并且到1997年年中，罗-罗公司以风险共担、利益共享为条件，被选中作为该飞机的唯一发动机供应商。到1997年底，罗-罗公司已收到来自7家航空公司的发动机订货，共为78架飞机提供动力，这一数额已超过了RB211在1968年时的最初订货量。现在，遄达 500的订货（包括意向订货）已超过550台，共用于124架飞机，用户为10个。遄达500的风扇系统以遄达700发动机的为基础，但是压气机采用了缩尺的遄达800的压气机，并且运用了更先进的高压/中压涡轮设计方法，轴间轴承是反向安装的，这样一来，轴承的外圈以低压转子的转速转动，而轴承的内圈以高压转子的转速转动，使轴承保持架的应力达到最小。罗-罗公司目前进行的最重要的民用发动机项目是遄500，因此，公司在今后的几年里，必须大大提高发动机的产量。这种发动机也被考虑作为潜在的A300换代飞机的发动机。<br/>　　 为空客公司的A380飞机发展的遄达900发动机以遄达500为基础，而遄达 600则瞄准了未来波音公司的波音747X和767-400X飞机。<br/>　　 与-524发动机相比，遄达 800发动机的总压比从34增大到41，达到了顶峰值，涵道比也从4增大到6，涡轮进口温度的增大值超过100℃，耗油率降低6%，单位重量减少9%。但是，发动机的单位推力仍比-22B发动机高16%，这是由于发动机核心机的推力增大了。<br/>　　 遄达700和遄达 800发动机的通用性极强，这一特性得益于三轴发动机的结构布局，而且从某种程度上说，这一特性对于使两种发动机能在80年代末和90年代初同时研制出来是非常重要的。<br/>　　 在遄达8104上证实了该系列发动机的推力可以提高到445千牛。同时，在这种发动机上也看到了采用后掠风扇叶片技术的首次商业应用。遄达系列发动机的重大改进之一是采用了第二代以超塑成形/扩散连接工艺制造的宽弦风扇叶片。此外，遄达发动机还采用了先进的涡轮叶片材料。这样，尽管温度提高了，但中压涡轮叶片仍可保持无冷却。同时，还增大了高压涡轮的流通量以满足核心机质量流量的增加。<br/>　　 为加强对间隙的控制和增加喘振裕度，罗-罗对高压压气机机匣的安装边进行了改进。同时，遄达采用的第5阶段燃烧室具有世界一流低污染排放特性。