Rolls -Royce RB211 — британское семейство турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности, производимых компанией Rolls-Royce . Двигатели способны развивать тягу от 41 030 до 59 450 фунтов силы (от 182,5 до 264,4 кН) . Двигатель RB211 был первым серийным трехкаскадным двигателем и превратил Rolls-Royce из значимого игрока в отрасли авиадвигателей в мирового лидера.
Первоначально разработанный для Lockheed L-1011 TriStar , он поступил на вооружение в 1972 году и был эксклюзивным двигателем для L-1011. Неправильное управление первоначальной разработкой и последующие проблемы со стоимостью привели к фактической национализации Rolls-Royce Limited с целью сохранения рабочей силы и двигателей, важных для Великобритании и многих других аэрокосмических и авиастроительных компаний.
В начале 1970-х годов компания считала, что двигатель способен непрерывно совершенствоваться не менее 50 лет. [1] [2] В 1989 году RB.211 был переименован и стал основой семейства двигателей Rolls-Royce Trent , когда RB211-524L был переименован в Trent. [3]
В 1966 году American Airlines объявила о потребности в новом ближне-среднемагистральном авиалайнере с акцентом на низкую стоимость на место. Пока компания искала двухмоторный самолет, производителям самолетов требовалось больше одного клиента, чтобы оправдать разработку нового авиалайнера. Eastern Airlines выразила заинтересованность, но требовала большей дальности и необходимости выполнять длинные маршруты над водой. В то время для этого требовалось три двигателя для обеспечения избыточности. Другие авиакомпании также отдавали предпочтение трем двигателям. Lockheed и Douglas ответили проектами L-1011 TriStar и DC-10 соответственно. Оба имели три двигателя, трансконтинентальную дальность и вмещали около 300 пассажиров в широкофюзеляжной компоновке с двумя проходами.
Широкофюзеляжный McDonnell-Douglas DC-10 был представителем инновационных технологий самолетов и авиадвигателей, которые тогда были приняты на вооружение американскими и европейскими производителями планеров для обеспечения авиакомпаний самолетами с очень большой грузоподъемностью и малой/средней и большой дальностью полета. Эти самолеты с очень большой грузоподъемностью были необходимы для решения проблемы значительного увеличения числа пассажиров и воздушного движения, которое тогда прогнозировалось отраслью. В Европе исследования концепции авиалайнера большой грузоподъемности проводились как частными, так и государственными организациями с конца 1950-х и начала 1960-х годов. Многие исследования, проведенные авиационными компаниями, были направлены на самолет с 200-300 местами, с высокой производительностью цикла, которая была основана на использовании новой революционной технологии авиадвигателя с высокой степенью двухконтурности. [4]
В период с 1964 по 1967 год исследование Hawker Siddeley требований British European Airways (BEA) привело к созданию 160-местного HS.132 и 185-местного HS.134; оба предлагали перспективу снижения стоимости пассажиро-мили на 25–30% по сравнению с самолетами, находившимися в эксплуатации в то время. Оба проекта должны были использовать два новых авиационных двигателя Rolls-Royce RB.178 по 30 000 фунтов силы для обеспечения превосходных эксплуатационных характеристик по сравнению с трехмоторными реактивными самолетами первого поколения. [4]
По словам Коуни, Ганстона, Хейворда и Министерства торговли и промышленности Великобритании (DTI), корни усовершенствованного RB.178 уходят в 1961 год, когда Rolls-Royce официально инициировала работу над авиационным двигателем с высокой степенью двухконтурности в качестве замены Conway . Компания продолжила работу над проектом и под руководством Адриана Ломбарда построила двухкатушечный демонстратор. Общие затраты на разработку RB.178 составили 2,6 миллиона фунтов стерлингов. Для сравнения, компании GE и P&W получили от Министерства обороны США почти 20 миллионов долларов на разработку и создание демонстраторов технологий TF39 и STF200 . [4]
RB.178 был построен на основе надежных и экономичных преимуществ, присущих Conway, и, учитывая наследие этого двигателя, производительность нового двигателя выглядела несомненной. RB.178 (обозначенный как 16 серия), по-видимому, был двигателем, предложенным для Vickers Superb DB.265 ( VC10 ), с четырьмя двигателями, приводящими в действие трансатлантический авиалайнер большой вместимости. [4]
Возможно, есть много причин, по которым RB.178 потерпел неудачу. Главной из них был отказ Boeing предлагать двигатель Rolls-Royce на 747. [4]
RB.178 был отменен в мае 1966 года, а в июне 1966 года Rolls-Royce заявила, что не хочет бороться с P&W за Boeing 747. В сентябре 1966 года Rolls-Royce объявила о своем решении запустить семейство двигателей Advanced Technology Engine (ATE), охватывающее тягу от 10 000 фунтов силы (RB.203) до 60 000 фунтов силы (RB.207). Семейство ATE представило новые технологии, такие как трехвальная архитектура, кольцевая камера сгорания и структурно интегрированная силовая установка (гондола). [4]
Оба самолета также требовали новых двигателей. Двигатели переживали период быстрого прогресса из-за внедрения концепции высокого двухконтурного контура , которая обеспечивала большую тягу, улучшенную экономию топлива и меньший шум, чем более ранние конструкции с низким двухконтурным контуром. Rolls-Royce работал над двигателем требуемого класса тяги 45 000 фунтов силы (200 кН) для неудачной попытки представить обновленный Hawker Siddeley Trident как RB178 . Эта работа была позже продолжена для тяги 47 500 фунтов силы (211 кН) RB207 , который будет использоваться на Airbus A300 , прежде чем, с выходом Великобритании из программы Airbus, она была отменена в пользу программы RB211. [5]
Rolls-Royce также работал над серией трехкатушечных [примечание 1] конструкций в качестве замены Conway, которые обещали обеспечить более высокую эффективность. В этой конфигурации три группы турбин вращают три отдельных концентрических вала для питания трех секций компрессорной зоны , работающих на разных скоростях. Помимо того, что трехкатушечная конструкция позволяет каждой ступени компрессора работать на своей оптимальной скорости, она более компактна и жестка, хотя и более сложна в изготовлении и обслуживании. В то время велась работа над несколькими конструкциями, включая конструкцию с тягой 10 000 фунтов силы (44 кН), известную как RB203, предназначенную для замены Spey . Работа над заменой двигателя Conway началась в июле 1961 года, а двухвальный демонстрационный двигатель для проверки конструкции компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбинной системы был запущен к 1966 году. Rolls-Royce выбрал трехвальную систему в 1965 году как самое простое и недорогое решение проблемы снижения расхода топлива и уровня шума при постоянной мощности. Работа над RB211 как по сути уменьшенной версией RB207 началась в 1966-7 годах, и первые сертифицированные двигатели планировалось выпустить к декабрю 1970 года с взлетной тягой 33 260 фунтов и по цене 511 000 долларов за штуку. [6]
В феврале 1968 года American Airlines выбрала Rolls-Royce RB211 для своего заказа на 50 самолетов McDonnell-Douglas DC-10. 7 марта 1968 года вашингтонский корреспондент The Times написал о попытке Конгресса заблокировать заявку Rolls-Royce на поставку двигателей для проектируемого американского аэробуса. Представитель Роберт Тафт-младший из Огайо организовал оппозицию из-за сообщения о том, что Rolls-Royce получил одобрение на двигатель. 9 марта 1968 года The Times сообщила, что президент Линдон Джонсон получил письменные протесты от шести сенаторов и пяти представителей из Огайо и Нью-Мексико — штатов, которые выиграли бы, если бы был выбран американский производитель. Их жалоба заключалась в том, что «во время переговоров между представителями авиакомпаний и британским правительством была предоставлена недостаточно сбалансированная информация относительно позиции американского правительства по покупке иностранных двигателей». Конгресс США был обеспокоен тем, что импорт иностранных двигателей приведет к дефициту платежного баланса США в размере 3 800 миллионов долларов и потере 18 000–20 000 рабочих мест. [4]
23 июня 1967 года Rolls-Royce предложил Lockheed RB211-06 для L-1011 . Новый двигатель должен был иметь тягу 33 260 фунтов силы (147 900 Н) и сочетать в себе характеристики нескольких двигателей, которые тогда находились в разработке: большую мощную конструкцию с высоким двухконтурным контуром от RB207 и конструкцию с тремя катушками от RB203. [7] К этому была добавлена одна новая технология — ступень вентилятора, изготовленная из нового материала из углеродного волокна под названием Hyfil, разработанного в RAE Farnborough . Экономия веса была значительной по сравнению с аналогичным вентилятором из титана и давала RB211 преимущество перед конкурентами с точки зрения соотношения мощности к весу . Несмотря на то, что Rolls-Royce знал, что график был сложным для двигателя, включающего эти новые характеристики, Rolls-Royce обязался ввести RB211 в эксплуатацию в 1971 году. [8]
Lockheed посчитала, что новый двигатель позволяет L-1011 предложить явное преимущество перед в остальном похожим продуктом DC-10. Однако Douglas также запросил предложения от Rolls-Royce по двигателю для своего DC-10, и в октябре 1967 года ответом стала версия RB211 с тягой 35 400 фунтов силы (157 000 Н), обозначенная RB211-10. Затем последовал период интенсивных переговоров между производителями планера Lockheed и Douglas, поставщиками двигателей Rolls-Royce, General Electric и Pratt & Whitney , а также основными авиакомпаниями США. В это время цены были снижены, а требуемые показатели тяги были увеличены. К началу 1968 года Rolls-Royce предлагал двигатель с тягой 40 600 фунтов силы (181 000 Н), обозначенный RB211-18. 29 марта 1968 года компания Lockheed объявила, что получила заказы на 94 самолета TriStars, и разместила заказ у Rolls-Royce на 150 комплектов двигателей, обозначенных как RB211-22. [8] [примечание 2]
Сложность RB211 потребовала длительного периода разработки и испытаний. К осени 1969 года Rolls-Royce изо всех сил пытался выполнить обещанные гарантии производительности: двигатель имел недостаточную тягу, был избыточным по весу, а его расход топлива был чрезмерным. Ситуация еще больше ухудшилась, когда в мае 1970 года новая ступень вентилятора Hyfil ( композит из углеродного волокна ), пройдя другие испытания, разбилась, когда в нее на высокой скорости выстрелили тушкой курицы в ходе испытания на проглатывание птицей. [примечание 3] Компания разрабатывала титановую лопатку в качестве страховки от трудностей с Hyfil , но это означало дополнительные расходы и больший вес. [9] Это также принесло свои собственные технические проблемы, когда было обнаружено, что только одна сторона титановой заготовки имела нужное металлургическое качество для изготовления лопатки. [ требуется ссылка ]
Кроме того, проект потерпел неудачу из-за смерти главного инженера Эдриана «Лома» Ломбарда в июле 1967 года, потеря, которую описывали как потерю Rolls-Royce, «лишенной одного из лучших инженеров по устранению неполадок в отрасли». [10]
«Было совершенно очевидно, что инженеры Дерби, обычно гордые и самоуверенные до высокомерия, скатились из плохого в худшее, когда их великий лидер Ломбард был так внезапно отстранен от них в 1967 году. Его смерть оставила вакуум, который никто не мог заполнить...» – Стэнли Хукер [9]
В сентябре 1970 года Rolls-Royce сообщил правительству, что расходы на разработку RB211 выросли до 170,3 млн фунтов стерлингов — почти вдвое больше первоначальной оценки. Оценочные производственные расходы теперь превысили продажную цену каждого двигателя в 230 375 фунтов стерлингов. [8] Проект находился в кризисе. [11]
К январю 1971 года Rolls-Royce стала неплатежеспособной , а 4 февраля 1971 года была помещена в конкурсное управление , [примечание 4] серьезно поставив под угрозу программу L-1011 TriStar. Из-за ее стратегической важности компания была национализирована консервативным правительством Эдварда Хита , что позволило завершить разработку RB211. [12]
Поскольку Lockheed сама находилась в уязвимом положении, британское правительство потребовало, чтобы правительство США гарантировало банковские кредиты, необходимые Lockheed для завершения проекта L-1011. Если бы Lockheed (которая сама была ослаблена трудностями) потерпела неудачу, рынок для RB211 испарился бы. Несмотря на некоторое сопротивление, правительство США предоставило эти гарантии. [13] В мае 1971 года новая компания под названием «Rolls-Royce (1971) Ltd.» приобрела активы Rolls-Royce у Получателя и вскоре после этого подписала новый контракт с Lockheed. Это пересмотренное соглашение отменило штрафы за просрочку поставки и увеличило цену каждого двигателя на 110 000 фунтов стерлингов. [14]
Хью Конвей (управляющий директор RR Gas Turbines) убедил Стэнли Хукера выйти из отставки и вернуться в Rolls-Royce. [9] [15] В качестве технического директора он руководил командой других пенсионеров, включая Сирила Лавси и Артура Руббру , для устранения оставшихся проблем на RB211-22. Двигатель был окончательно сертифицирован 14 апреля 1972 года, [16] примерно на год позже, чем изначально планировалось, и первый TriStar поступил на вооружение Eastern Air Lines 26 апреля 1972 года. Хукер был посвящен в рыцари за свою роль в 1974 году. [17]
Говоря об известном банкире в связи с RB211:
«Мы (Rolls-Royce) добавили ноль к его статусу; он раньше думал, что 5 миллионов фунтов стерлингов — это большие деньги, но после нескольких недель на RB211 он понял, что 50 миллионов фунтов стерлингов — это мелочь». — Стэнли Хукер. [18]
Первоначальная надежность RB211 в эксплуатации оказалась не такой хорошей, как ожидалось, из-за фокусировки программы разработки на выполнении гарантий производительности двигателя. Ранние поставки были модели RB211-22C, немного сниженной по сравнению с более поздней -22B. Программа модификаций в течение первых нескольких лет эксплуатации значительно улучшила ситуацию, и с тех пор серия превратилась в высоконадежный двигатель.
Хотя изначально двигатель был разработан для L-1011-1, Rolls-Royce знал, что RB211 может быть разработан для обеспечения большей тяги. Перепроектировав вентилятор и компрессор IP, команда Хукера увеличила тягу двигателя до 50 000 фунтов силы (220 кН). Новая версия, которая впервые была запущена 1 октября 1973 года, [19] получила обозначение RB211-524 и могла бы использоваться в новых вариантах L-1011, а также в Boeing 747 .
Rolls-Royce безуспешно пытался продать RB211 компании Boeing в 1960-х годах, но новый -524 предлагал значительные улучшения производительности и эффективности по сравнению с Pratt & Whitney JT9D , который Boeing изначально выбрал для 747. В октябре 1973 года Boeing согласился предложить RB211-524 для 747-200, и British Airways стала первой авиакомпанией, заказавшей эту комбинацию, которая поступила в эксплуатацию в 1977 году. Flight International заявила в 1980 году:
«Важность, придаваемая экономии топлива авиакомпаниями, подчеркивается принятием Qantas двигателей RB.211-524 для своих новых самолетов Boeing 747 – единственного самолета, на котором доступны все три больших вентилятора. Qantas обнаружила, что самолеты Boeing 747 компании British Airways, оснащенные двигателями RB211, сжигали примерно на 7% меньше топлива, чем ее флот, оснащенный JT9D, что составляет экономию около 1 миллиона долларов в год на самолет по сегодняшним ценам». [20]
Rolls-Royce продолжила разработку -524, увеличив его тягу до 51 500 фунтов силы (229 кН) с -524C, затем до 53 000 фунтов силы (240 кН) в -524D, который был сертифицирован в 1981 году. Среди известных клиентов авиакомпаний были Qantas , Cathay Pacific , Air New Zealand , Cargolux и South African Airways . Когда Boeing выпустил более тяжелый 747-400 , требовалась большая тяга, и Rolls ответил -524G с тягой 58 000 фунтов силы (260 кН), а затем -524H с 60 600, оба представили полнокапотную гондолу с глубоким желобом принудительного смешивания, как уже присутствовало на -535E4. [21] Это были первые версии с FADEC . Позже это было принято GE и Pratt & Whitney для своих двигателей. Двигатель -524H также предлагался в качестве третьего варианта двигателя для Boeing 767 , и первый из них поступил в эксплуатацию в British Airways в феврале 1990 года.
Это были бы последние разработки -524, но когда Rolls разработал преемника двигателя Trent , было обнаружено, что он может подогнать улучшенную систему HP Trent 700 к -524G и -524H. Эти варианты были легче и предлагали улучшенную топливную экономичность и сниженные выбросы; [22] они были обозначены как -524G-T и -524H-T соответственно. Также было возможно модернизировать существующие двигатели -524G/H до улучшенной конфигурации -T, и ряд авиакомпаний так и сделали. [23]
-524 становился все более надежным по мере его разработки, [24] и -524H получил одобрение ETOPS на 180 минут на 767 в 1993 году. RB211 может иметь удельный расход топлива на тягу около 0,6 фунта/(фунт-сила-час). [25]
Двигатель -524L, разработка которого началась в 1987 году для обеспечения дальнейшего роста на рынке самолетов A330 и 777, был значительно переработан, а существенные изменения привели к тому, что двигатель в конечном итоге получил название Trent , под которым его разработка и продолжилась. [26]
_starboard_engine_w_o_inlet_cowl_(2736595928)_(2).jpg/1280px-(35)_starboard_engine_w_o_inlet_cowl_(2736595928)_(2).jpg)
В середине 1970-х годов Boeing рассматривал проекты нового двухмоторного самолета для замены своего успешного 727. Поскольку размер предлагаемого самолета вырос со 150 пассажиров до 200, Rolls-Royce понял, что RB211 можно адаптировать, уменьшив диаметр вентилятора и удалив первую ступень компрессора IP, чтобы получить двигатель с необходимой тягой 37 400 фунтов силы (166 000 Н). Новая версия получила обозначение RB211-535. 31 августа 1978 года Eastern Airlines и British Airways объявили о заказах на новый 757 , оснащенный -535. Обозначенный RB211-535C, двигатель поступил в эксплуатацию в январе 1983 года. Это был первый случай, когда Rolls-Royce предоставила стартовый двигатель на самолете Boeing. Президент Eastern Airlines Фрэнк Борман назвал -535C «лучшим авиационным двигателем в мире». [27]
В 1979 году Pratt & Whitney выпустила свой двигатель PW2000 , заявив, что топливная эффективность на 8% выше, чем у -535C для версии PW2037. Boeing оказала давление на Rolls-Royce, чтобы поставлять более конкурентоспособный двигатель для 757, и, используя более совершенный сердечник -524 в качестве основы, компания произвела тягу RB211-535E4 с тягой 40 100 фунтов силы (178 000 Н), которая поступила в эксплуатацию в октябре 1984 года. Хотя он и не был таким эффективным, как PW2037, он был более надежным и тихим. Видимые отличия включают длинный капот без реактивного сопла, выступающего за пределы перепускного канала. Частичное смешивание горячих и холодных воздушных потоков происходит в интегрированном или общем сопле. [28] Он также был первым, в котором использовалась широкая хордовая лопатка вентилятора, что повышает эффективность, снижает шум и обеспечивает дополнительную защиту от повреждения посторонними предметами .
Вероятно, самый важный заказ на самолеты -535E был получен в мае 1988 года, когда American Airlines заказала 50 самолетов 757, оснащенных двигателем -535E4, указав на низкий уровень шума двигателя как на важный фактор: это был первый случай со времен TriStar, когда Rolls-Royce получила значительный заказ от американской авиакомпании, и это привело к последующему доминированию -535E4 на рынке среди самолетов 757. Необычно, что во время объявления, сделанного American, выбор -535E4 был обнародован до выбора 757, хотя это было приятной новостью как для Rolls-Royce, так и для Boeing.
После сертификации для 757, E4 был предложен на российском авиалайнере Туполев Ту-204-120 , введенном в эксплуатацию в 1992 году. Это был первый случай поставки западных двигателей на российский авиалайнер. [29] -535E4 также был предложен Boeing для переоснащения B-52H Stratofortress , заменив восемь TF33 самолета четырьмя турбовентиляторными. Дальнейшая модернизация -535E4 состоялась в конце 1990-х годов с целью сокращения выбросов, заимствуя технологию, разработанную для Trent 700. [30]
Многие считают двигатель -535E4 чрезвычайно надежным [31], и в 1990 году он получил одобрение ETOPS на 180 минут на самолете 757.
Когда Rolls-Royce разрабатывал -22, он понял, что будет просто разработать версию двигателя для наземной генерации электроэнергии , и в 1974 году был запущен промышленный RB211. Когда вскоре после этого появился -524, его усовершенствования были включены в промышленный RB211, который был обозначен как RB211-24. Генератор постепенно совершенствовался в течение последующих лет [32] и до сих пор продается как ряд генераторов мощностью 25,2–32 МВт. [33] Многие из его установок были установлены в отраслях добычи нефти и газа на шельфе.
Для морских двигателей была разработана усовершенствованная газовая турбина с промежуточным охлаждением и рекуперацией (ICR) класса WR-21 мощностью 25 МВт.
_fan.jpg/1280px-Rolls_Royce_RB211_Turbofan_engine_low_pressure_(LP)_fan.jpg)
-535E4 был первым двигателем, в котором был установлен полый широкохордный недемпферный вентилятор [примечание 5] для повышения эффективности. Он использовал передовые материалы, включая титан в компрессоре высокого давления и углеродные композиты в гондоле . Более поздние двигатели включают некоторые функции (например, FADEC ) из улучшенных моделей -524.
Сопутствующее развитие
Сравнимые двигатели
Связанные списки
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)