书城工业罗尔斯·罗伊斯的传奇(发动机家族)
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第44章 遗达系列(1)

遄达项目非常先进

在衰退中我们依然维持本书第3章中提到的民航飞机业务。罗尔斯·罗伊斯公司总裁约翰·桑福德于1993年6月向董事会说明了美国工业界如何震怒以及供应商的压力如何强烈。然而,在全球范围内出现了一般业务和客户信心改善的迹象,基本的先决条件为航空旅行,为此飞机和航空发动机订单增多。

此时罗尔斯·罗伊斯公司及其遄达发动机的情况如何?遄达发动机于1988年研发,1990年首次试运转,计划1994年初试飞,1995年投入使用。计划满足20世纪90年代剩余时间及21世纪大型客机的需求,已订购配装双发宽体空客A330和波音777飞机。我们已经看到罗尔斯·罗伊斯公司如何增加遄达发动机的推力,来应对空中客车公司和波音公司对额外较高有效载荷的需求。航空公司还要求增加起飞推力,以便他们能够很快在高空开始巡航。这意味着不仅要降低燃油消耗量,而且要增加在繁忙时段机场安全运营概率。

1993年中,国泰航空公司、环球航空公司、印度尼西亚神鹰航空公司(Garuda)和国际租赁融资集团已经订购了遄达700用做其空客A330飞机的动力。该发动机将以72000磅力的推力工作,但是由于飞机重量的增加,其期待的推力需增加到78000磅力。

波音777飞机的推力要求大于空客A330的推力。起初,波音777飞机将覆盖国内和区域运营,通称为A市场。但是,在20世纪90年代末,要求它覆盖从欧洲到美国西海岸的航线——B市场,随后要求覆盖最长的横渡太平洋航线——C市场。这就意味着推力应达到80000磅力以上的范围。遄达700发动机97.4英寸的风扇直径将会不足,于是罗尔斯·罗伊斯公司研发了遄达800,其风扇直径为110英寸。

遄达800具有与遄达700相同的高压和中压涡轮,但是增加了中压压气机的能力和5级低压涡轮。该发动机起飞时的增压比为40∶1,并且较热,高于遄达700,因此第5级和第6级高压压气机盘的材料必须由钛合金变更为镍基合金,而中压涡轮叶片变更为新的第三代单晶材料。在较高的增压比下,其最佳高压涡轮的能量比遄达700高压涡轮的高3%。为了达到这一点,高压压气机导向叶片和高压涡轮叶片出现了斜角。

尽管初始降低到用于波音777——A市场的75000磅力推力,但遄达800计划于1996年投入使用,认证的推力为84000磅力。在1993年中,泰国航空公司、阿联酋航空公司和国泰航空公司已经为其波音777选用了遄达800。

销售的遄达700和遄达800分别用于空客A330和波音777的最轻发动机。通过使用超塑性成形/扩散连接的空心宽弦风扇叶片和使用铝合金等格栅加筋机匣而减轻重量。这种合金等格栅加筋、凯芙拉合成纤维包裹的机匣比用于RB211-524G发动机的钢机匣至少轻380磅。

在航空工业中,可靠性和安全性对每家公司都极为重要,但是对于新的宽体双发客机而言它可能更为重要。航空公司要求空客A330和波音777具有180分钟的双发延程飞行许可证。这允许双发飞机离开机场后单发飞行时间可达180分钟,然而,使用经验已经证明飞行中的停车率优于0.02/1000小时,即1台发动机每飞行50000小时停车1次。双发延程飞行是美国联邦航空管理局和英国民用航空管理局(CAA)对双发飞机的适航性要求。

用于波音757的RB211-535E4发动机和用于波音767的RB211-524H发动机分别于1990年和1993年3月获得180分钟双发延程飞行批准。遄达是基于研发RB211-535E4和RB211-524H发动机得到的可靠性技术而研制的,其现在用于德文特项目中。该发动机在投入使用之前,还需使用航空公司的维修方法经受3000个飞行循环的双发延程飞行试验台测试。在波音777飞机投入使用之前,波音公司将进行1000次飞行,其目的是在航空公司开始营运之前提供双发延程飞行批准,以便与不要求双发延程飞行批准的四发空客A340客机进行竞争。

20世纪90年代初,波音777飞机项目总工程师杰夫·皮尔逊于1993年12月说:

遄达研发项目非常先进。试制发动机已运转了1700多小时和5000多个循环……连同航空公司一起,我们还将发动机制造厂家列入“共同工作”计划(波音公司为研发波音777飞机设计的)。

波音777飞机项目总经理,后来的波音公司总裁菲尔·康迪特曾经说过:

过去,罗尔斯·罗伊斯公司设计了动力装置,但是对于遄达800我们在“共同工作”计划下共同设计了这一动力装置。通过针对整个动力装置的共同工作,我们将得到一个更为可靠并且易于维修的发动机。罗尔斯·罗伊斯公司的贡献为动力装置协同工作的理念提供了极好的范例。

如果罗尔斯·罗伊斯公司看到了遄达发动机系列光明辉煌的未来,英国《金融时报》中的列辛顿专栏本身还是通常的严厉和悲观,竟在1994年写到:

现行竞争生产世界上最大功率的航空发动机似乎受到男子气概的驱动。当新的宽体双发飞机要求大推力发动机时,GE90和罗尔斯·罗伊斯公司遄达的最近测试证明,可以提供超出这类飞机目前需要动力25%。目前,仅空客A330和波音777需要这些发动机,但是通用电气公司、普拉特·惠特尼公司和罗尔斯·罗伊斯公司却在这一技术领域投资了数亿资金,然而订单不足。所有这3个公司不得不就动力和价格开展竞争。在这一情况下,罗尔斯·罗伊斯公司丧失日本航空公司新波音777飞机发动机的订单,令人失望但不令人惊奇。日本航空公司不可能过度花费,因为其他两家日本航空公司已经确定将普拉特·惠特尼公司的发动机用于其波音777飞机,并且日本航空公司鼓励分享维修设施。罗尔斯·罗伊斯公司可能会领先于空客A330订单的竞争,但对更重要的波音777飞机的竟争则会严重滞后。这就拉长了遄达发动机的资金回收期。可能更为严重的是市场增长不够快,难以验证这3种发动机的投资。至少在两年内得不到足够的订单,竞争将会激化。

遄达发动机系列的优势是什么?

遄达三轴设计的适应性是其最重要的优点之一。三轴设计可使发动机每一个单元体能够适当增大或减小,并且在维持起飞和爬升期间规定的燃烧/涡轮温度情况下相互匹配适应性能和推力要求。发动机的维修费用与发动机的最热部件相关,所以维持均衡温度会减少维修成本。此外,各单元体的具体结合能够形成一系列特定的核心机来驱动95.5英寸和110英寸两个不同直径的风扇。

最大能力的中压和高压压气机的结合,较大的风扇赋予了遄达800发动机75000~100000磅力的推力范围,可满足波音777所有规格的要求。同时,在遄达500中使用较小风扇的核心机可提供53000~62000磅力的推力,可用于空客A340-500/600。这样的结合意味着遄达700和遄达800共用6∶1的涵道比(即通过前风扇的流量是热核心机流量的7倍),而遄达500具有6.8∶1的涵道比——自罗尔斯·罗伊斯公司第一台仅具有0.3∶1涵道比的康维涡轮风扇发动机以来有了很大的进步。

该系列中还有具有较大风扇的遄达900,其额定推力为67000~84000磅力,适用于最重类型的空客A380,以及不同风扇的遄达500,其额定推力为63000~68000磅力,适用于重型飞机波音747和波音767。

概括而言,具有50000~100000磅力推力,遄达系列可为每个最新一代的宽体飞机提供动力。并且设计允许使用容易拆卸、分开和再次组装的短而简单的单元体来制造它们。相同系列零件的按比例增大或减小和融合意味着较高的通用性,特别对于机匣、发动机短舱和附件。通用设计还会降低培训时间。

遄达700是第一台投入生产的发动机,于1995年3月用于空客A330。没有必要增加推力,因为空客A330的改型机重量与原型机没有差异。

遄达800面临强大的挑战,因为波音公司已经增加了波音777的重量。与服役中的第一架波音777重量545000磅相比,增重系列机种的重量高达660000磅。罗尔斯·罗伊斯公司研发了遄达8014,采用了新的叶片空气动力学但未增加风扇的半径或核心机级数,其可产生大于100000磅力的推力。最具革命性的研发是新的半月形或后掠的风扇叶片,其形成了遄达900的一部分。

这些最新的风扇结构采用外部钛合金板和中心钛合金隔膜板制造。在绝对无尘室中进行关键的扩散连接操作,以便为保证结合质量提供适当的环境。这一制造根据原子转移选择性地采用了扩散结合热处理。随后,扩散结合的部件在精密机械加工的钢型之间充入惰性气体,以便通过超塑成形形成内部华伦桁架核心,而同时形成外部空气动力形状。使用数控机械加工和表面加工工序完成制造工艺。

所有这些的结果使叶片比以前的宽弦风扇叶片减轻约15%,而比竞争的大型发动机叶片轻得更多。它比以前风扇叶片的制造更为经济并且具有更强的抗飞鸟碰撞能力。

后掠风扇的第一次全尺寸测试于1995年1月进行。尽管额定推力为104000磅力,但却使具有110英寸直径后掠宽弦风扇的遄达8014发动机达到了110000磅力推力。无须增加发动机直径,后掠风扇将会产生更大的推力。

空客工业

在第二次世界大战之后,欧洲没有飞机工业。以前的法国和德国飞机工厂已变为废墟。而在英国,工厂忙于生产轰炸机和战斗机,但除了少数例外情况,这谁也不想多要。而在美国,机体生产厂家快速地将生产运输机获得的技术用来生产客机,例如“星座”、DC4和DC6。

如同我们在三部曲第二部中所见,经布拉巴宗委员会(Brabazon;Committee)鼓励,英国做出勇敢的努力,以图成为世界民航飞机制造商的一员。维克斯公司“子爵”飞机就是一个成就,而德·哈维兰公司“彗星”飞机在其悲惨的事故之前表现出极佳的前景。然而,当德·哈维兰公司“彗星”飞机的问题解决时,美国的波音707和DC8客机已经赢得了市场。无论是“子爵”飞机的后继者——“先锋”(Vanguard)飞机,还是VC10、BAC111或“三叉戟”(Trident)飞机均未能足量销售,英国的“挑战者”黯然失色。在欧洲,许多机体生产厂家努力竞争,提供了不下10种喷气动力客机,他们总是相互竞争,也同美国人竞争。例如,“快帆”(Caravelle)、“三叉戟”和BAC111均为载客数量大体相同的短途飞机。所有这3种飞机的销售总数为625架,每种飞机要求的数量大致相等,而仅有两个国家的3个生产厂家进行销售。

1985—1998年的空中客车公司总经理吉恩·皮尔逊说明了20世纪60年代末的形势:

从技术层面看,欧洲人有能力并且可以与美国相比。但是欧洲人相互竞争对抗分裂了欧洲市场。这一内部竞争妨碍了他们在出口航空商品方面取得巨大成就,然而同时美国具有广阔的国内市场,这为出口提供了良好的基础。当时欧洲人也认识到开发新项目需要的资金数量如此之高,从国家的立场来说完全不可能执行这一策略。

答案是合作,并且在20世纪60年代初在各国政府的鼓励下,生产厂家之间进行了对话。

如果英国、法国和德国走在一起,这将不是战争之后的第一个合作范例。英国和法国已经开始合作研发“协和”(Concorde)超声速客机,并且法国和德国已在共同研制“协同”军用运输机。

1967年9月,英国、法国和德国签订了谅解备忘录,开始研发称为空中客车的300座宽体客机。它是短中远程双发飞机,称为空客A300,其中37.5%的工作在法国进行,37.5%的工作在德国进行,而另外25%的工作在英国进行。法国南方航空公司(Sud Aviation)将为牵头公司。曾与法国布雷盖公司(Breguet)和法国北方航空公司(Nord Aviation)合作研制HBN100飞机的****·西德利公司(Hawker Siddeley)选为英国牵头公司,并且为此必须中断与上述两家公司的关系而与法国南方航空公司一起工作。英国政府坚持要在收到至少75份确认订单之后方可制造样机。

在多次讨论了如何运作项目之后,确定法国南方航空公司牵头制造机体而罗尔斯·罗伊斯公司牵头制造发动机。他们还决定建立一个有限责任公司。如同空中客车公司的第一任总经理亨利·齐格(Henri Ziegler)所说:

我认为将工业伙伴整合为具有董事会、董事长和总裁的法定公司的成员是必要的。否则,将没有人承担责任。

法国政府起初拒绝支持欧洲空客项目。对于齐格勒来说,能够说服政府改变观念是一项重要成功。他申明除非政府重新考虑,否则,他不同意研制“协和”飞机。