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  • 罗罗的特色技术发展之路——英国航空发动机发展启示

    发布日期:2016-04-25   信息来源:转载自飞行世界  浏览次数:

    纵观世界航空发动机的发展史,英国一直保持着技术领先地位,不仅开创了涡轮喷气发动机的先河,其首创的三转子结构技术和垂直/短距起降动力技术更是对世界航空推进技术的发展起着重要作用。

    若要论英国航空发动机产业的发展历程,百年航空巨头罗尔斯·罗伊斯公司的发展极具代表性。作为世界三大航空发动机企业之一,罗罗早在一战期间就着手航空发动机的研发,并在二战后期开始涡扇发动机的技术研发工作,成为世界上首台投入使用的民用涡扇发动机RB.80“康威”的制造商。20世纪60年代,罗罗先后兼并了布里斯托尔公司、布莱克本公司和纳皮尔公司,成为了英国唯一最大的航空发动机公司。积累了丰富经验并获得先进技术储备的罗罗不断推进技术创新,要与美国的航空发动机制造商一较高下。

    “三转子”的涅槃

    60年代初,以美国为首的民用客机市场竞争日趋白热化。1966 年,洛克希德公司和道格拉斯公司分别开始了L-1011“三星”和 DC-10 三发客机的设计,这两款飞机都是300座级、横跨美洲大陆的中远程宽体客机。这些新机型需要新的发动机。当时高涵道比概念已经出现,和早期的低涵道发动机相比,高涵道涡扇发动机具有更大的推力、更好的燃油经济性和更小的噪声。

    彼时,罗罗正全力投入三转子涡扇发动机的研究,通过三组涡轮驱动三组压气机工作在不同的最优转速下,能够带来发动机效率的提升。然而,三转子设计也会导致部件结构更加复杂、发动机重量增加以及制造维护更加困难等问题。1967 年 6 月,罗罗向洛克希德提交了 RB211-06发动机方案,其推力为147.9千牛,采用大功率高涵道比设计和三转子构型,风扇叶片采用碳纤维材料。罗罗计划在 1971年让 RB211-06 服役,但这一承诺对于一款采用众多高新技术的发动机而言,显然过于冒险。1968年,洛克希德向罗罗订购了300台发动机。

    然而,在产品研发的复杂性、新技术的风险以及英国经济危机等多重因素的夹击下,RB211项目花费巨大,开发耗时长,测试结果却不尽如人意。到1970年,罗罗在RB211项目中的花销达到1.7亿英镑,是原有计划的2倍。1971年,严重超支的RB211项目把罗罗拖进财务困境,资金链破裂导致罗罗破产。英国政府为了保护本土航空工业,将罗罗收归国有。

    这一突变,让罗罗真正体会到选择符合市场规律的航空发动机研制途径的重要性。技术创新能为企业发展提供推力,但是要以成熟可靠为支撑,同时要尽量减小风险。罗罗开始走上技术验证、核心机研制并系列化发展的道路。三转子技术所蕴含的巨大潜力让罗罗继续投入RB211的研发,通过结构改进,1972年,罗罗将RB211-524交付给洛克希德。之后,RB211的改进型先后为波音747、757以及俄罗斯图-204提供动力。在核心机研制方面,罗罗开展了高温涡轮验证装置和XG系列验证计划,其中就包括垂直/短距起降技术,这些技术都用在了先进的军用发动机产品中。

    经过多年发展,RB211系列三转子发动机已成为当代大型民用航空发动机中成功的发动机系列之一。1987年,英国政府的国有资本再次退出,罗罗重回私有。

    值得一提的是,三转子技术被罗罗用在RB199军用发动机上,这也是全球唯一一款军用三转子发动机,作为“狂风”战机的动力系统,使欧洲国家第一次在战术空中打击力量上能与美苏相抗衡。通过对技术的继承和创新,罗罗走出了适合自身发展的新道路。在罗罗最新的宽体客机动力系统“遄达”系列发动机上,依然能够看到RB211的影子,而宽弦复合材料风扇、环形串联燃烧室、高温陶瓷基材料等新技术的应用让罗罗跻身民用宽体客机发动机领域的领军者。在罗罗未来新一代Advance发动机上,仍能够感受到“三转子”旺盛的生命力。

    国际合作的演变

    在罗罗航空发动机业务发展的过程中,国际合作起着重要的作用,并有不少成功的案例。比如RB199发动机就是由英、法、德三国联合研制,此后英、德、意、西班牙为欧洲“台风”战机联合研制了EJ200加力涡扇发动机。20世纪80年代,为了给空中客车公司窄体客机A320研制新一代发动机,英、美、日、德、意5国的航空发动机企业组建了合资公司国际航空发动机公司,联合生产V2500民用涡扇发动机。

    在国际合作的初期,英国的航空发动机企业仍然以自行设计和独立研发为主,对外合作仅仅处于政治和经济上的考虑。后来经历了破产风波的罗罗,国际合作已不再是航空发动机技术发展的补充,而成为了重要方式。合作形式从跨国联合、多国研制到城里国际联合公司。对英国而言,政治与经济上的“内忧外患”不断:国内通货膨胀带来的经济下行压力、国外空中军事力量的飞速发展都让英国不得不选择更加深入的国际合作。

    80年代以后,为了适应新一代高性能飞机要求,各国均加快了航空发动机的研制步伐,国际市场的竞争愈演愈烈。英国为了提高自身竞争力,提出“扬长避短、技术以我为主,继续走国际合作之路”的做法。进入90年代后,新一代航空发动机在性能、成本和技术水平上的要求逐步提升。随着苏联解体,国际形势发生了巨大变化,欧盟的力量不断扩大,为了与美国在军、民市场上保持竞争优势,出现了欧盟合作研发航空产品和技术的趋势。同时,合作的深度也从联合产品研制向着同一目标的技术计划发展。比如针对军用产品的先进核心军用发动机(ACME)计划,主要发展推力矢量系统、双转子和三转子加力涡扇发动机技术,达到推重比15以上、耗油率升高30%等。ACME第一阶段的工作已经完成,发展的技术用于RB199、“飞马”发动机以及EJ200发动机等。衍生的陶瓷材料、合金材料和冷却技术的研究也被罗罗用在后来的发动机产品中。

    另外,欧盟实施了多个民用航空发动机技术计划,旨在提高发动机环保性能,降低噪声、减少油耗、降低碳排放等。罗罗将这些项目中所取得的技术成果应用在新一代“遄达”系列发动机上,让空客A350客机、波音787客机以更加“绿色”的方式连接世界。

    在过去几十年的发展中,罗罗经历了几番波折,最终走出了一条适合自己的特色航空发动机技术发展道路,即坚持技术创新、加强技术验证,以国际合作的方式增强企业竞争力。这是英国航空发动机企业的独有魅力:不追求“全面开花”,在优势技术上“独占鳌头”,实现基业长青。

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