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司古的博客

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百炼成钢的英国动力  

2010-12-02 15:36:47|  分类: 航空知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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司古

英国的喷气发动机发展史,最初也是公司甚至是个人的行为。英国政府最初对这种新锐技术所表现出来的态度,着实不敢令人恭维。唯一值得佩服的是,一旦认识到了航空喷气动力产业的重要意义,英国政府就再也没有掉以轻心。

 

从淡漠到执着

在喷气推进领域,英国和美国、法国以及苏联一样,都或多或少从战败国德国那里获得过相关技术,但在后续发展上,几个国家的道路却有较大差异。英国喷气发动机的发展,某种程度上就是罗罗公司喷气推进技术的发展史,但其中却处处渗透着英国政府的努力和关注,绝不是纯粹的“公司力量”。英国“台风”战斗机使用的EJ200喷气发动机性能不俗,但一般人也许想不到,惠特尔当年研究航空喷气发动机时,却四处寻求资助无门,最困难时就连5英镑的专利延期费用都交不起,原因很简单,当时英国空军认为喷气推进是一项很多人已经研究了很久的技术,惠特尔几乎不可能在可以预见的未来取得成功。

英国的喷气推进技术研究最初也是始于个别富于创意的工程技术人员——政府和工业企业几乎没有给予太多的资金和关注。涡轮机早在19世纪起就开始在工业领域应用,但现实存在的工程技术困难限制了它在飞机上的应用,直到上世纪30年代中期,人们才开始认真考虑开发航空喷气发动机的问题。

实用型工业蒸汽轮机早在19世纪末便已出现,很快便应用在海军和远洋商船上。20世纪初,工程师们开始试验燃气涡轮,但这些早期试验型涡轮机耗油率奇高无比,大概是同等的活塞发动机的4倍。把燃气轮机应用到飞机上面临着难以解决的技术问题,其中最为关键的是必须设法找到轻质耐热材料以及实现合适的压缩效率,此外还需要开发足够实用、坚固且燃油经济性较高的燃烧系统,用它来驱动涡轮和压缩机。

1926年,供职于英国范保罗的皇家飞机制造厂的科学家阿兰·格里菲斯在轴流式压缩机和涡轮组合的基础上提出了一种概念型燃气轮机,这一概念中涡轮带动的是螺旋桨叶,而不是直接依靠喷气流产生推力。格里菲斯后来又做了一些基础研究以确定这一概念是否可行,但研究进展非常缓慢。3年后的1929年,另一个英国年轻人也开始专注于喷气推进的燃气涡轮发动机研究,他提出的概念采用了当时飞机涡轮增压器所广泛采用的离心式压气机,而不是格里菲斯提出的轴流式压气机——在当时的技术条件下,惠特尔的概念比格里菲斯的更为可行。此人便是英国早期喷气推进技术发展的关键人物——弗兰克·惠特尔,他本人曾是皇家空军飞行员,同时也是一名工程师。1930年,惠特尔为自己设计的离心式喷气发动机申请了专利,此后他先后找到英国航空部和几家私营企业寻求资助,均遭到拒绝——对方都认为这一设计需要长期工作,短期难以成功,英国官方也没有专用于类似超前研究的经费支持。没有资金的惠特尔只能继续在纸面上进行自己的设计,这一时期持续了6年,直到1936年他才勉强拿到了一家私人银行的资助,成立了动力喷气有限公司,开始试制喷气发动机。1937年4月12日,惠特尔制造的第一台离心式喷气发动机首次试车,接着是第二台,第三台……直到此时,皇家空军仍然没有给予足够的重视。1937年中,为皇家空军工作且颇具影响力的亨利·蒂萨德爵士向英国政府建议,出资支持航空涡轮喷气发动机的研究。建议得到了采纳,惠特尔终于获得皇家空军的小额资金支持。1939年6月,就在纳粹入侵波兰前的几个月,惠特尔向皇家空军科研部门主任戴维·派展示了自己更为先进的台架试验原型机。后者对惠特尔的成果表现出浓厚的兴趣,在他的推动下,英国政府决定大力支持航空喷气发动机的开发。

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英国航空喷气推进技术的奠基人之一——弗兰克·惠特尔(1907~1996),他最初的喷气发动机研究几乎没有得到政府的任何支持,最困难的时候连专利费都交不起。

1939年7月,惠特尔的动力喷气公司终于得到了英国政府的订单,研制一台能用于飞行的喷气发动机——W1。战争爆发几个月后,英国格罗斯特飞机制造公司(Gloster)也获得了政府一项协议,开发一种安装惠特尔新型发动机的飞机,即后来的格罗斯特“流星”1(Meteor)。与此同时,惠特尔的成果也深深打动了一架老牌发动机制造企业——罗尔斯·罗伊斯公司(Rolls-Royce,以下简称罗罗),1939年罗罗公司聘用了格里菲斯,开始设计轴流式喷气发动机。

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惠特尔W1X离心式喷气发动机。1939年惠特尔正式拿到皇家空军的试制订单时,距离他最初的艰苦研究已经过去了整整10年。

1940年夏法国沦陷后,英国政府显著加大了航空喷气发动机的发展力度。1941年初,英国政府把惠特尔和格里菲斯的研究成果交给德·哈维兰飞机公司,要求据此开发相应的喷气发动机和飞机——其结果是诞生了“妖怪”发动机(Goblin)和“吸血鬼”喷气战斗机。至此,英国政府支持的喷气推进项目达到了5个,包括3个军用喷气发动机项目和两个喷气战斗机项目。

罗罗的喷气前传

早在活塞时代,英国就有着雄厚的航空发动机制造基础。这一基础最为重要的基石,就是罗罗公司。英国人都知道这个故事:从前英格兰有两个人,一个富一个穷。富的那个叫做查尔斯·斯图亚特·罗尔斯,出身富贵,成年后成了进口汽车销售商。至于那个穷小子,他叫弗雷德里克·亨利·罗伊斯,境遇则大大不同,10岁开始卖报,零星地受过教育,但罗伊斯顽强地求取知识,并最终在曼彻斯特开办了一家工厂,生产电动机和大型电气设备。1904年,罗伊斯制造了一台10马力(7.5千瓦)的汽车,跑起来相当不错。后来罗尔斯和罗伊斯走到了一起,罗尔斯负责销售罗伊斯工厂生产的汽车,后来两人干脆决定合伙成立公司,这就是后来闻名于世的罗尔斯-罗伊斯公司。很快罗罗公司的高品质汽车就在国际汽车业树立了崇高的声望,一举跻身著名工业公司之列。

一战爆发后,罗罗凭借汽车制造中积累的机械经验,很快转入航空发动机制造领域,为皇家空军制造了大量航空发动机。战争结束时,罗罗的航空发动机功率已经达到了很高水平——1919年初完成的“兀鹫”发动机功率达到了675马力(503千瓦)。一战期间,英军使用的每10台航空发动机中,至少有6台出自罗罗之手。但随着战争结束,军方订单锐减,公司重新开始转向汽车行业。但这种情况并未持续太久。20世纪20年代中期,在费尔雷飞机公司需求的拉动下,罗罗重回航空发动机制造领域,不久即开发出“茶隼”(Kestrel)系列发动机,重建了罗罗公司在航空领域的地位。

当时风行欧洲的施奈德杯水上飞机竞速比赛刺激了罗罗航空发动机的发展。为参赛,罗罗专门开发了R型发动机,使用涡轮增压器,配用特制的高性能燃油。凭借R型发动机,英国在1929年和1931年两度夺得施奈德杯。1931年出品的R型发动机功率达到了2783马力(2075千瓦)。R型发动机预示着航空发动机的未来,但它的工作寿命很短,而且需要昂贵的特制油料。罗罗接下来开始着手开发一种功率相近但寿命更长,且使用普通航空汽油的航空发动机。经过一番努力,罗罗在1933年推出了“默林”发动机(Merlin)。早期的“默林”46型发动机在9000米高度上功率为720马力(537千瓦),通过采用涡轮增压器,功率提高到1020马力(761千瓦)。后来空气冷却器以及燃油喷射装置的采用,又让“默林”的功率进一步提高到1420马力(1059千瓦)。如果使用美国进口的高辛烷值航空汽油,发动机的功率可以进一步提升至2050马力(1529千瓦)。用这种方式,“默林”的功率提高到最初水平的三倍。

“默林”是二战盟军的制胜装备之一。没有“默林”,就没有“喷火”和“飓风”在不列颠空战中的卓越表现;没有“默林”,就没有载弹11吨的4发轰炸机“兰开斯特”。美国许可制造的“默林”还让P-51“野马”战斗机彻底夺取了欧洲战场制空权。德国空军元帅赫尔曼·戈林看到盟军轰炸机在“野马”的护航下飞临柏林上空后,告诉自己的参谋人员,“战争结束了”,这在某种意义上是对“默林”的褒奖。

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罗罗活塞航空发动机经典之作——“默林”V形12缸水冷发动机

就在罗罗技术人员们打算继续改进活塞发动机时,公司管理层开始关注惠特尔的喷气发动机概念。当时惠特尔正与罗孚公司合作制造喷气发动机,罗孚迟迟生产不出合格的零部件,惠特尔非常恼火,而对于惠特尔的抱怨,罗孚也越来越没耐心,逐渐失去了对这个项目的兴趣。1940年初,罗罗公司涡轮增压器分部负责人斯坦利·胡克尔会见了惠特尔,不久就把惠特尔推荐给罗罗高层。当时罗罗拥有相当成熟的涡轮增压器分部,这对研制喷气发动机的压气机相当重要。罗罗同意提供重要零部件,支持该项目继续进行。1943年初,罗孚和罗罗达成协议,罗孚将巴诺茨维克(Barnoldswick)航空发动机工厂转让给罗罗,作为交换,罗罗出让诺丁汉的坦克发动机工厂。交易达成后,罗孚向罗罗公司移交了32台W.2B/23发动机,此外还有4台W.2B/26。

惠特尔与罗罗展开合作后,斯坦利·胡克尔作为涡轮增压器分部资深设计师加入了惠特尔的技术队伍,在他的技术支持下,发动机存在的技术问题很快得到解决。罗罗决定用英国河流的名字来命名新发动机,于是W.2B/23变成了RB.23“维兰德”(Welland),而W.2B/26则变成了RB.26“德温特”(Derwent)。“维兰德”是英国第一种量产的喷气发动机,1943年投产,成为格洛斯特“流星”战斗机的动力。1944年1月12日,首架生产型“流星”Mk.1 EE210/G使用两台“维兰德”进行了首飞,和当时最为先进的的活塞螺旋桨飞机相比,“流星”的性能并不算超凡脱俗。1944年5月“流星”开始加入皇家空军第616中队服役。此时“维兰德”推力1700磅(7.6千牛),大修间隔时间为180飞行小时。与之相比,德国容克尤莫004B轴流式喷气发动机比“维兰德”服役早几个星期,推力更大,为1984磅(8.8千牛),但尤莫004B首翻期只有10~20小时。1944年7月27日,616中队的“流星”参加了截击飞往伦敦的纳粹V-1巡航导弹的战斗。在“维兰德”基础上,罗罗又改进发展出直流型燃烧室的“德温特”,这种发动机可靠性更好,推力也更大,达到2000~2400磅,逐渐取代“维兰德”成为“流星”的动力。

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罗罗“维兰德”离心式喷气发动机

1944年3月,罗罗公司开始研发推力达5000磅(22.24千牛)的“尼恩”(Nene)喷气发动机,10月首次试车成功,成为当时最为著名的喷气发动机。罗罗早期的喷气发动机为英国带来了大笔外汇收入:1946年末,美国海军选择“尼恩”发动机作为格鲁曼“黑豹”的动力,康涅狄格州的美国普惠公司开始许可制造“尼恩”。后期型“黑豹”使用的则是罗罗“泰伊”——“尼恩”的后继者。此外法国、苏联和澳大利亚都先后许可生产了“尼恩”;比利时和阿根廷许可制造过“德温特”。瑞典和意大利许可制造过“妖怪”和“幽灵”;

上世纪四五十年代,罗罗还有一家并不弱势的竞争对手——德·哈维兰航空发动机公司。1942年,德·哈维兰H-1“妖怪”离心式喷气发动机首次试车,次年3月5日装在格罗斯特“流星”上进行了首次飞行试验,是英国第二种飞行的喷气发动机,仅次于惠特尔W1。除了装备英国“吸血鬼”、“燕子”战斗机,“妖怪”还成为美国F-80“流星”、瑞典萨伯J21R、意大利菲亚特G.80等飞机的动力装置。1943年,就在德·哈维兰开始设计“彗星”客机时,德·哈维兰航空发动机公司也开始设计H-2“幽灵”喷气发动机,该发动机是“妖怪”的放大版,是世界上第一种投入民航运营的喷气发动机。“幽灵”先后装备德·哈维兰“毒液”(Venom)、“彗星”和瑞典萨伯J29。值得注意的是,为了弥补“幽灵”推力不足的问题,“彗星”采用了较薄的蒙皮,以减轻重量。有人认为这些蒙皮疲劳耐久性较差,是造成一系列坠毁事故的原因之一。“幽灵”50一共生产了几个版本,最后的版本是“幽灵”50 MK.4,装在“彗星”1XB上,专门用于测试新的机体结构以解决“彗星”1的疲劳问题。

50年代,德·哈维兰还设计了自己的第一台轴流式喷气发动机——“三角章”(Gyron)。“三角章”完全摆脱了“妖怪”和“幽灵”等基于惠特尔概念的离心式设计。1953年“三角章”首次试车,1955年进行飞行测试,测试中最大推力达到了18000磅,后来改进型“三角章”加力推力达到了25000磅。“三角章”还是最早专为超声速飞行设计的发动机之一。遗憾的是,“三角章”外形尺寸太大,普通飞机难以使用,也没有批量生产,只是用于一些研究机项目,这些项目都没有转化为实用装备。1957年,英国政府在花费了370万英镑后,停止了“三角章”的开发。

德·哈维兰还曾把“三角章”尺寸缩小45%,推出了“小三角章”。“小三角章”曾用于布莱克本“掠夺者”S.1,但由于动力不足,并不成功,后来“掠夺者”S.2转而采用动力更充沛的罗罗“斯贝”。采用加力装置的“小三角章”还被用在了布里斯托尔188高速研究机上。遗憾的是,这一项目也不成功,未能达到预期的高速高温试验目的。失败的重要原因之一是该发动机油耗太大,飞机虽然能够达到马赫2的高速,但限于载油量无法维持长时间飞行,也就无法对超声速机体的高温效应进行研究。其实,当时的喷气式发动机的确难以完成这样的要求,没有技术突破是不行的。1961年德·哈维兰航空发动机公司被布里斯托尔-西德利兼并,再也无力与罗罗争锋。

1945年,罗罗开始设计自己第一台轴流式喷气发动机——AJ-65“埃文”,最初由格里菲斯主持设计,1947年完成首批样机。罗罗原本希望用“埃文”取代“尼恩”,但由于一些技术问题,“埃文”一直到1950年才正式投产。首批生产型“埃文”RA3/Mk.101推力为6500磅,用于英国“堪培拉”B.2轰炸机。“埃文”发展了诸多改型,从早期的8个燃烧筒到后期的环管形燃烧室,有些“埃文”还采用了加力装置,推力增加了30%。“埃文”的生产一直进行到1974年,总产量超过11000台。埃文系列发动机引发了英国军用喷气飞机蓬勃时代,英国电气“堪培拉”、“闪电”、霍克“猎人”、超级马林“燕子”、“弯刀”F.1、德·哈维兰“流星”2/C.2/3/4、“海上雌狐”、维克斯“勇士”、费尔雷“德尔塔”FD.2都使用了“埃文”。法国客机“快帆”3/4,以及瑞典J32B以及Saab 35“龙”,也是“埃文”的用户。“埃文”甚至还发展成一种非常成功的工业燃气轮机,今天罗罗仍在销售这种外形紧凑且可靠性颇为不错的发电用燃气轮机。

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英国“猎人”战斗机采用的“埃文”轴流式喷气发动机。“埃文”是罗罗第一种轴流式喷气发动机,该发动机的成功为罗罗带来了大发展的机会。

从康威到斯贝

罗罗为英国航空喷气发动机做出的另一个卓越贡献是,开发了世界上第一种投入使用的涡轮风扇发动机——RB.80“康威”。

早在喷气发动机发展初期,格里菲斯和惠特尔都曾考虑过涡轮风扇方案,但由于军方要求尽快开发实用性喷气发动机,因此这种超前的方案没能实施。随着战争结束,英国人开始重新考虑这一方案。1947年4月,罗罗确定研制推力5000磅级新概念发动机的方案,此后几个月,为满足军方“勇士”Mk.2轰炸机动力需求,推力指标被提高到9250磅,定名为RB.80“康威”。开发过程中方案又发生了改变,技术人员决定采用当时颇为先进的双转子压缩机布局,新方案称作RCo.2,该方案采用4级低压压气机和8级别高压压气机,分别由两级低压涡轮和两级高压涡轮驱动。1950年1月,罗罗完成了RCo.2的设计,1952年7月进行首次试车,试车中推力达到了10000磅。由于此时“勇士”低空突防轰炸机方案已被取消,RCo.2也就没有了用武之地。但该设计证明涡轮风扇方案完全可行。

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罗罗“康威”系列发动机率先采用了涡轮风扇概念,图为收藏在考斯福德皇家空军博物馆的“康威”RCo.17 Mk 201。

1952年10月皇家空军与维克斯签订协议,开发V-1000大型喷气战略运输机,作为V系列轰炸机的后勤支援装备。V-1000起飞重量超过100吨,要求配备更强劲的动力,于是罗罗以RCo.2为基础发展出RCo.5,1953年7月试车,1955年8月鉴定推力达到13000磅(58千牛)。但没隔多久英国空军宣布取消V-1000计划。

“康威”并没有随V-1000的夭折而沦为殉葬品,英国皇家空军决定用它装备汉德雷·佩奇“胜利者”B.2,以取代原先的阿姆斯特朗·西德利“蓝宝石”发动机。为此罗罗又发展出更大的RCo.8,推力提升到14500磅(64千牛),1956年1月首次试车,但RCo.8也没等到机会。又过了不久,加拿大TCA航空公司提出购买装备“康威”的波音707或道格拉斯DC-8,两家公司对此都很感兴趣。毫不灰心的罗罗在RCo.8基础上通过增加空气流量发展出推力16500磅(73千牛)的RCo.10和RCo.11。1957年8月9日RCo.10在阿弗罗“火神”上进行首次飞行试验,随后RCo.11也在1959年2月20日装在“胜利者”上进行了飞行试验。

继RCo.10之后,罗罗又改进研制成功推力17150磅(76.3千牛)的RCo.12。波音对“康威”做了详细分析后认为,“康威”将使707-420的航程相对使用普惠JT4A(J75)的707-320提高8%。1956年5月起,BOAC、德国汉莎、Varig和印度航空则订购了“康威”版707,加拿大TCA航空公司、Alitalia和加拿大太平洋航空公司相继订购“康威”版DC-8。尽管性能优越,“康威”版707和DC-8总产量却十分有限,总共只有69架。其中的主要原因是,美国不会容忍如此巨大的民航动力市场被英国人所占领,在美国制造的涡轮风扇发动机特别是普惠JT3D开始交付后,波音和道格拉斯自然没有理由给罗罗更多的机会。

在RCo.12之后,罗罗继续挖掘“康威”的潜力,推出了RCo.15,经过改进的RCo.15巡航条件下的油耗降低了3%,起飞状态推力提升到18500磅(82千牛)。“康威”系列的绝唱是专为维克斯VC-10开发的RCo.42——由于此时不再需要翼内安装方式,罗罗得以采用较大直径的风扇,将涵道比从25%提高到60%,进一步将推力增至20250磅(90.1千牛)。1961年3月RCo.42首次试车,这是“康威”中最成功的型号,装备了所有的VC-10(后期某些型号采用了RCo.43)。

“康威”更像一颗流星,虽然只在上世纪50年代末到60年代初短暂使用,但它划过夜幕的光芒却在航空动力领域永不泯灭。“康威”更为深邃的意义,是为罗罗积累了涡轮风扇发动机设计的宝贵经验。

“康威”虽然力量十足,但对于法国“快帆”、BAC 111以及霍克-西德利(Hawker Siddeley)“三叉戟”这些飞机而言,“康威”尺寸实在太大。于是罗罗公司以“康威”为基础开发出一种外形更小的航空发动机,这就是RB.163“斯贝”。“斯贝”采用和“康威”相同的双转子布局和较小的涵道比。1964年,首批商用RB.163投入使用,成为BAC 111和“三叉戟”的动力。采用“斯贝”作为动力的民航客机一直服役到上世纪80年代,最后随着欧洲机场执行了新的噪音限定标准,“斯贝”才逐渐淡出历史舞台。

上世纪50年代末,苏联开始开发新系列大型巡洋舰,英国皇家海军感到自己受到了威胁,英国决定开发一种性能优异的新型攻击机,以保证对苏联舰艇的空中优势。经过角逐,布莱克本公司的“掠夺者”方案胜出,该设计强调低空性能,能有效规避敌方舰艇雷达搜索。“掠夺者”S.1战斗机最初使用德·哈维兰的“小三角章”涡喷发动机动力,动力不足。为解决这一问题,罗罗开发了军用型RB.168“斯贝”。采用RB.168的“掠夺者”S.2性能大大改善,一直服役到上世纪90年代。“斯贝”发动机是英国航空发动机发展史上的里程碑,创造了令人称赞的安全纪录,累计飞行小时数超过5000万,大修间隔时间达10000小时,极大降低了维护成本,也是该发动机长时间服役的重要原因。除“掠夺者”外,“斯贝”还装备了霍克·西德利“猎迷”,意大利菲亚特艾维欧也许可生产了“斯贝”,用于装备AMX多用途飞机,美国艾利森还许可制造了“斯贝”,用于装备美国空军的A-7D“海盗”和海军的A-7E“海盗”,称为TF41。中国也曾引进“斯贝”许可生产,称作涡扇9“秦岭”。在“斯贝”核心机基础上,通过换装更大的风扇,罗罗还发展出“泰伊”,满足了航空业对10000~15000磅(44-67千牛)推力发动机的需要。“斯贝”甚至还发展成为海军船用涡轴发动机,装备了许多英军舰船。

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罗罗“斯贝”涡扇发动机,该发动机是“康威”的发展型。

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德·哈维兰上世纪50年代推出的“小三角章”轴流式喷气发动机,该产品动力不足,无法和罗罗“斯贝”相抗衡。间接导致了德·哈维兰航空动力的衰败。

否极泰来的RB.211

1966年,洛克希德和道格拉斯分别设计了L-1011“三星”和DC-10三发客机,这两种飞机都拥有跨洲航程,采用双通道宽体设计,可载客约300人。作为竞争对手的L-1011和DC-10都需要新型发动机。当时高涵道比概念已经出现,和早期的低涵道比发动机相比,高涵道比涡扇发动机具有更大的推力和更好的燃油经济性,噪音也更低。1967年6月23日,应洛克希德要求,罗罗提交了RB211-06发动机方案,其推力为33260磅,采用大功率高涵道比设计和三转子构型,风扇叶片由碳纤维材料制成,显著减轻了重量,提高了推重比。罗罗计划在1975年让RB211-06服役,但这一承诺对于有着如此众多高新技术的发动机而言,显然过于冒险。

有趣的是,道格拉斯也找到罗罗要求为其DC-10提供发动机,1967年10月罗罗提交了推力35400磅的RB211-10方案。随后洛克希德、道格拉斯、罗罗、通用电气以及普惠之间展开了密切磋商,新发动机的价格被压了下来,而推力指标却一再提高。1968年初,罗罗提交了推力40600磅的RB211-18方案。最后在3月29日,洛克希德宣布向罗罗订购150架份发动机,称作RB211-22。

RB211复杂的结构要求进行长期的开发和测试。1969年秋罗罗竭力试图实现预定的性能指标,但测试中发动机推力不足,重量超重,油耗又太高。1970年5月在进行冻鸡撞击试验时,新型的碳纤维风扇竟然被撞成了碎片!罗罗一直在开发钛合金风扇叶片作为保险措施,但这意味着更高的成本和更大的重量。研究中人们发现钛合金坯料的金相方向性对于叶片加工工艺提出了苛刻的要求,这问题在当时解决起来相当困难。1970年9月,RB211的研制费用已经攀升到1.7亿英镑——比原先估计的数字增加了一倍,整个研制工作陷入危机。到1971年1月,严重超支的RB211项目把罗罗拖进了财务困境,资金链断裂的窘境迫使罗罗宣布破产。英国政府不能坐视这个老牌喷气发动机企业消亡,鉴于RB211属于技术超前的战略项目,希斯领导的保守党政府于2月4日接管罗罗公司,并积极支持RB211完成研制。

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一度把罗罗折腾到破产境地的高涵道比三转子民航发动机RB211

考虑到洛克希德公司的经营状况也不乐观,英国政府要求美国政府提供银行贷款担保,以支持洛克希德完成L-1011。尽管遭到不少反对,美国政府还是顶住压力通过了2.5亿美元贷款担保提案。1971年5月,新的罗罗有限公司成立,不久即同洛克希德签署了新协议。这份修改过的协议取消了延迟交付的惩罚条款,同时将每台RB211的售价提高了11万英镑,达到34万英镑。新罗罗还把已经退休的元老级专家胡克尔(就是当年解决“维兰德”和“德温特”技术问题的那位)请回公司,让他领导一个退休技术人员团队,共同解决RB211-22棘手的技术问题。几经努力,RB211终于在1972年4月通过认可——比计划延迟了一年。1972年4月26,首架“三星”进入东方航空公司服役,而胡克尔也由于在解决棘手技术问题中的卓越成绩,在1974年被授予骑士头衔。

RB211系列发动机蕴藏着巨大的潜力,通过重新设计风扇和低压压气机,罗罗成功推出了RB211-524,推力提升到50000磅,可用于L-1011新改型和波音747上。整个60年代,罗罗一直试图让RB211打入波音,但未获成功。现在RB211-524与波音原定作为747动力的普惠JT9D相比,性能更好且更省油,波音当然不会置之不理。1973年10月,波音选定RB211-524作为波音747-200的动力,而英国航空公司也不失时机地成为第一个购买使用RB211-524的747-200的航空公司。罗罗此后又相继推出了RB211-524C(推力51500磅)和RB211-524D(53000磅),客户群也越来越大:澳洲航空、国泰太平洋航空、卢森堡国际货运航空以及南非航空等公司都用上了RB211。为了满足波音747-400的要求,罗罗还开发出推力高达58000磅的RB211-524G,随后又在RB211-524H上把推力进一步提升到60600磅,更为令人关注的是,它还是第一种采用全权限数字式电控技术的RB211发动机。RB211-524H还成为波音767第三种选择动力方案,1990年首台RB211-524H进入英航服役。

RB211的故事似乎本应到此结束。数年后当罗罗开发出后继型“遄达”发动机时,人们发现将遄达700的改进型高压系统装上RB211-524G/H上,可以降低发动机的重量和油耗,同时减少废气排放,由此产生了RB211-524G-T和RB211-524H-T。

70年代中期,波音考虑开发一种新型双发飞机,替代已经非常成功的727。新机载客量要从原来的150人增加到200人,即后来的757。而罗罗则将RB211的风扇直径减小,取消第一级压气机,成为推力37400磅的新型发动机,定名为RB211-535。1978年8月,美国东方航空公司和英航宣布采购安装RB211-535的波音757。1983年1月RB211-535C开始服役,这一时刻对罗罗意义非凡——这是罗罗首次作为第一动力方案进入波音。

1979年,波音要求罗罗为757提供更省油的发动机,罗罗再次以RB211-524核心机为基础,开发出推力40100磅的RB211-535E4,于1984年10月投入使用。RB211-535E4是第一种采用宽弦风扇叶片的发动机,降低了油耗和噪音,具有良好的可靠性,更能耐受外来异物的撞击。除了少量生产型波音757采用RB211-535C,大部分757均采用RB211-535E4。1988年5月,美国航空宣布订购50架使用RB211-535E4的波音757——这是自“三星”之后罗罗首次从美国航空公司接到大宗订单,这笔订单奠定了RB211-535E4在波音757动力市场上的统治地位。继波音757之后,俄罗斯图-204-120也选择了RB211-535E4,1992年开始服役,这是俄罗斯民航机首次采用西方发动机。

早在开发RB211-22的时候,罗罗就意识到它可以成为陆上发电机用动力。1974年,罗罗推出了工业用RB211。不久后又以RB211-524为基础开发出新型工业发电机组RB211-24。罗罗始终坚持持续改进RB211系列工业发电机组,今天RB211系列工业发电机仍然占据着重要的市场地位,其装机容量为25.3~32MW。英国和许多其他国家的近海油气钻井平台,大多使用RB211作为电力来源。除了工业发电,RB211经过改进还发展出WR-21船用燃气轮机,用于驱动45型驱逐舰。

百炼成钢的英国动力 - 司古 - 司古的博客

罗罗工业发电用RB211DLE机组

虽然RB211把罗罗折腾到破产,但这呕心沥血的经验却没白费。RB211的三转子涡扇发动机技术,后来被罗罗用在了RB199发动机上,成为“狂风”战斗机的动力。RB199于1972年首次飞行试验,具有外形紧凑、推重比较高、操纵特性较好和油耗较低等特点。自服役至今,RB199已累计飞行超过500万小时,赢得了广泛好评。就连最初的两架“台风”原型机在飞行测试中也使用了RB199作为动力,这种情况一直持续到EJ200交付。

上世纪90年代,RB211被更新的“遄达”系列所超越,“遄达”系列也是RB211设计概念的进一步发展,后来成为波音747、757、767,俄罗斯图-204以及波音787和空客A380的动力系统。今天世界上一半的客机都在使用“遄达”系列,如此巨大的成功,却都植根于当年“灾难性”的RB211。

跬步与千里

罗罗每一台经典喷气发动机,都是在以往发动机研制经验基础上的一次超越。没有多年的涡轮增压器设计经验,就没有稳定可靠的“维兰德”和“德温特”;没有上世纪60年代开发“飞马”发动机的艰难经历,就没有今天F-35发动机上的罗罗高性能升力系统;没有RB211研制的艰苦卓绝,就没有后来的RB.199;没有短命的“康威”,就没有长寿的“斯贝”。除了立足自身研究,罗罗还注意通过购并获得更多的技术支持,先后兼并了罗孚航空发动机工厂和布里斯托尔-西德利公司,前一次兼并让罗罗得到了“维兰德”和“德温特”的设计资料和样机,后一次兼并则让罗罗拿到了“奥林匹斯”和“飞马”的技术。罗罗就像一棵茁壮的大树,不断从周围的土壤中汲取养分,逐渐长成英国航空喷气推进技术的栋梁。罗罗还注意广泛开展国际合作,“奥林匹斯”593、RB199、EJ200等项目都进行了国际合作,但核心试验机全部都是英国研制的,核心技术也是掌握在罗罗手中。

瞄准市场,不断设定更高的目标,应对最艰巨的挑战,并甘心为此付出最大限度的努力,这似乎就是英国经验的全部。有人曾用“百炼成钢”这样的词汇总结罗罗的喷气发动机研发历程,其实这又何尝不是英国喷气技术发展史的高度浓缩?

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推重比超过9的罗罗EJ200军用涡扇发动机,该发动机研制工作始于1984年的XG-40演示发动机项目,经费由英国政府承担85%,其余部分由罗罗自筹。

(全文原载于《航空知识》2010年第12期专题《国家动力》)

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