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勞斯萊斯RB211

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RB211
勞斯萊斯RB211-22C型涡轮风扇发动机
型式 涡轮风扇发动机
製造者 勞斯萊斯
首次運轉 1969年
使用機種 L-1011
波音747
波音757
波音767
Tu-204
发展为 勞斯萊斯瑞达

RB211是勞斯萊斯股份有限公司生产的,推力介于37400-60600磅(166-270千牛)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是第一款三转子涡轮发动机,这也使得勞斯萊斯在航空器发动机领域才能够一个小玩家变成世界级竞争者。[1]

RB211在20世纪90年代被其概念的继承者瑞达系列发动机(Trent)所取代。

历史[编辑]

背景[编辑]

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。洛克希德公司道格拉斯公司各自推出了自己的新型飞机:L-1011三星飞机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。

安装在L-1011上的RB211

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的,设计推力在10000磅(44千牛)的RB203。

设计完成[编辑]

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。[2]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。[3]

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。[3][4]

RB211-22系列[编辑]

开发和测试[编辑]

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[5]。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。[6]

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[3]该项目正在进入危机。 [7]

破产和后果[编辑]

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。[8]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[9]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。[10]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。后来交货的RB211-22B型的性能指标比早先交货的-22C型降低了些许。然而,在修改了最初几年的服务方案并完善了相关事项,这一系列的发动机现在已经高度成熟了。

RB211-524系列[编辑]

安装在澳洲航空波音747-300上的RB211-524

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)[11]。-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。

现时仍在波音767上配备RB211-524H发动机的客户包括蒙古民用航空(该机原属东航云南公司

这几种型号应该是-524系列最后的发展了,但是当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。[12] 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,好多航空公司也这样做了。[13]

随着-524系列的发展,它的可靠性日益增加。[14] 在1993年,767和-524H的组合通过了180分钟的ETOPS认证。

RB211-535系列[编辑]

安装在冰岛航空的波音757-300上的RB211-535E4B

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图-204-120上。这是俄制飞机第一次使用西方发动机[15]。-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。[16]


-535E4是一种可靠性非常高的发动机。[17] 在1990年,757和-535E4的组合通过了180分钟的ETOPS认证。

工业用RB211[编辑]

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,[18]而今天,它已经可以提供25.2-32兆瓦功率的电力[19] 。这一系列的许多衍生型号也被用在石油天然气行业。[20]

轮船用WR-21[编辑]

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[21]

规格[编辑]

RB211家族诞生了以下三个系列的发动机:

RB211-22系列[编辑]

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

RB211-524系列[编辑]

  • 三转子
  • 4.1 - 4.3的高涵道比
  • 单级宽弦风扇
  • 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
  • 单级高压涡轮
  • 单级中压涡轮
  • 三级低压涡轮

RB211-535系列[编辑]

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

-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。[22]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。

主要性能参数[编辑]

RB211发动机系列的主要性能[23]
型号 静止推力 基本重量 长度 风扇直径 开始使用年 使用机种
RB211-22B 42,000 lbf(190 kN) 9,195 lb(4,171 kg) 119.4 in(303 cm) 84.8 in(215 cm) 1972 洛克希德L-1011-1, 洛克希德L-1011-100
RB211-524B2 50,000 lbf(220 kN) 9,814 lb(4,452 kg) 119.4 in(303 cm) 84.8 in(215 cm) 1977 波音747-100, 波音747-200, 波音747SP
RB211-524B4 50,000 lbf(220 kN) [24] 9,814 lb(4,452 kg) 122.3 in(311 cm) 85.8 in(218 cm) 1981 洛克希德L-1011-250, 洛克希德L-1011-500
RB211-524C2 51,500 lbf(229 kN) 9,859 lb(4,472 kg) 119.4 in(303 cm) 84.8 in(215 cm) 1980 波音747-200, 波音747SP
RB211-524D4 53,000 lbf(240 kN) 9,874 lb(4,479 kg) 122.3 in(311 cm) 85.8 in(218 cm) 1981 波音747-200, 波音747-300, 波音747SP
RB211-524D4-B 53,000 lbf(240 kN) 9,874 lb(4,479 kg) 122.3 in(311 cm) 85.8 in(218 cm) 1981 波音747-200, 波音747-300,
RB211-524G 58,000 lbf(260 kN) 9,670 lb(4,390 kg) 125 in(320 cm) 86.3 in(219 cm) 1989 波音747-400
RB211-524H 60,600 lbf(270 kN) 9,670 lb(4,390 kg) 125 in(320 cm) 86.3 in(219 cm) 1990 波音747-400, 波音767-300
RB211-524G-T 58,000 lbf(260 kN) 9,470 lb(4,300 kg) 125 in(320 cm) 86.3 in(219 cm) 1998 波音747-400, 波音747-400F
RB211-524H-T 60,600 lbf(270 kN) 9,470 lb(4,300 kg) 125 in(320 cm) 86.3 in(219 cm) 1998 波音747-400, 波音747-400F, 波音767-300
RB211-535C 37,400 lbf(166 kN) 7,294 lb(3,309 kg) 118.5 in(301 cm) 73.2 in(186 cm) 1983 波音757-200
RB211-535E4 40,100 lbf(178 kN) 7,264 lb(3,295 kg) 117.9 in(299 cm) 74.1 in(188 cm) 1984 波音757-200, 波音757-300, Tupolev Tu-204
RB211-535E4B 43,100 lbf(192 kN) 7,264 lb(3,295 kg) 117.9 in(299 cm) 74.1 in(188 cm) 1989 波音757-200, 波音757-300, 图波列夫Tu-204

参考[编辑]

注释
  1. ^ 打造航空发动机 BBC2010年出品电视纪录片
  2. ^ Rolls-Royce. Three Shaft Engine Design. [2007-01-07]. (原始内容存档于2006-10-16). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Pugh, Peter. The Magic of a Name. Icon Books. 2001. ISBN 1840462841. 
  4. ^ 道格拉斯公司的DC-10和它的启动客户美國航空聯合航空最终选择了GE的CF6,而普惠公司的JT9D安装在之后的改进型上。
  5. ^ FAA要求的一项测试,用高速运动的鸡撞击风扇叶片来模拟飞行时鸟进入发动机
  6. ^ Hooker, 1985.
  7. ^ Red Ink at Rolls-Royce. Time. November 23, 1970 [2007-01-06]. 
  8. ^ New Life for TriStar. Time. May 17, 1971 [2007-01-06]. 
  9. ^ 当时已退休的勞斯萊斯发动机工程师
  10. ^ Type Certificate Data Sheet A23WE, Revision 18 (PDF). FAA. 25 October 2001 [2007-01-14]. 
  11. ^ 稍后也装在了GE普惠的发动机上
  12. ^ Rolls-Royce standardises on hybrid RB211 after entry success. Flight International. May 6, 1998 [2007-01-20]. 
  13. ^ Cathay will re-engine entire 747-400 fleet. Flight International. August 27, 1997 [2007-01-20]. 
  14. ^ Rolls-Royce. 1904-2004 A Century of Innovation in 100 Facts. [2007-01-20]. 
  15. ^ Tupolev - Tu-204-120. Flight International. [2007-01-20]. 
  16. ^ R-R prepares combustor for low-emissions test. Flight International. August 8, 1998 [2007-01-20]. 
  17. ^ Rolls-Royce. RB211-535 Description. [2007-01-21]. (原始内容存档于2006-12-29). 
  18. ^ Rolls-Royce. Evolution of the RB211. [2007-01-25]. 
  19. ^ Rolls-Royce. Energy Product Areas. [2007-01-25]. (原始内容存档于2007-01-21). 
  20. ^ Rolls-Royce. RB211 Experience. [2007-01-25]. [失效連結]
  21. ^ 间冷回热循环( ICR) 燃气轮机是在简单循环的基础上,增加压缩空气中间冷却器和排气回热器组成的复杂循环燃气轮机,由于加入了中间冷却和回热过程,使得其效率较简单循环燃气轮机得到提升。
  22. ^ 侯冠群. 宽弦空心风扇叶片制造工艺的发展. 航空制造工程. 1994, (5): 6–8. ISSN 1672-0989. 
  23. ^ Rolls-Royce media pack (PDF), Rolls-Royce, [2008-01-26] 
  24. ^ 英文版中为53000,但由上下文得知此处应该没有变化。
参考书目
  • Gunston, Bill. Development of Piston Aero Engines. Cambridge, England. Patrick Stephens Limited, 2006. ISBN 0-7509-4478-1
  • Hooker, Sir Stanley. Not Much Of An Engineer, Airlife Publishing, 1985. ISBN 1853102857.
  • Newhouse, John. The Sporty Game: The High-Risk Competitive Business of Making and Selling Commercial Airliners. 1982. ISBN 978-0-394-51447-5
  • Keith, Hayward. Government and British civil aerospace: a case study in post-war technology. 1983. ISBN 9780719008771

外部链接[编辑]