勞斯萊斯 RB211

勞斯萊斯 RB211（Rolls-Royce RB211）是一個由勞斯萊斯生產、推力介於 37,400 至 60,600 磅（166-270 千牛頓）之間的高涵道比渦輪風扇發動機家族。

最初發展的目的是做洛克希德 L-1011（三星飛機）的動力裝置，從 1972 年開始隨著三星飛機的投入使用而開始服務，並且是該型飛機唯一的動力來源。研究 RB211 所花去的鉅額資金使得勞斯萊斯有限公司在 1971 年破產，而之後被英國政府國有化使得公司能夠生存下來。

RB211 在 1990 年代被其概念的繼承者遄達系列發動機（Trent）所取代，其繼承 RB211 的遺產，成為了業界最領先的發動機之一。

歷史

1.1 背景

在 1966 年，美國航空宣佈他們需要一種座英里成本更低的新型雙發中短程客機。而飛機制造商們希望能再有至少一家航空公司贊同這種主意，他們才進行開發。恰好美國東方航空對此也有興趣，不過他們希望這種新飛機擁有更長的航程，而在那個時代，對於這種長航程客機的必須使用三發來滿足冗餘度的需求。其他航空公司也還是對三發的客機感興趣。洛克希德和麥克唐納 - 道格拉斯公司各自推出了自己的新型飛機：L-1011 三星飛機和 DC-10。這兩款飛機都是 300 座級三發寬體雙通道，能橫跨美洲大陸的中遠端客機。

安裝在 L-1011 上的 RB211

這些新型飛機都需要新發動機。而這個時期發動機技術取得了極大的進步，即從低涵道改為高涵道。這使得發動機可以提供更大的推力，並且更加省油，更加安靜。勞斯萊斯曾經想發展一種推力為 45000 磅（200 千牛）的新型發動機來用在升級版的三叉戟飛機上，即 RB178，不過失敗了。這項計劃在後來又發展為為空中巴士 A300 提供動力的，推力為 47500 磅（211 千牛）RB207，不過後來取消了。於是勞斯萊斯就專心進行它的 RB211 研發計劃。

於此同時，勞斯萊斯還在進行它的三轉子渦輪發動機的研究。這種發動機被認為可以提供更高的工作效率。這種配置下，渦輪發動機中有三組不同的渦輪，分別驅動三組不同的壓氣機，以不同的速度旋轉。這種情況下，不同的壓氣機都可以工作在最佳轉速。不過三轉子的設計雖然更加緊湊和堅固，但是其複雜的結構也增加了製造維護的難度。這時有好幾種三轉子的設計正在進行，包括用來取代、設計推力在 10,000 磅（44 千牛）的 RB203。

1.2 設計完成

在 1967 年 6 月 23 日，勞斯萊斯向洛克希德公司提供了為 L-1011 三星飛機設計的 RB211-06 型發動機的設計。這種新發動機可以提供 33260 磅（147.9 千牛）的額定推力，並且使用了很多發動機的新技術：源自 RB207 的可以提供大功率的高涵道比設計，以及源自 RB203 的三轉子設計。除此之外，也有一些全新的技術。風扇就是使用全新的，被稱作 “海菲爾（hyfil）” 碳纖維複合材料製成。這樣的節省的重量和全用金屬製成的風扇相當，從而增大了發動機的推重比，這是一個很大的優勢。勞斯萊斯公司承諾在 1971 年將 RB211 投入使用，儘管他們知道要在這麼短的時間內增添這麼多新技術是一項挑戰。

洛克希德公司認為這種新發動機的使用會讓 L-1011 與 DC-10 相比具有很大的優勢。然而，麥道公司在 1967 年 10 月也同樣收到了勞斯萊斯請求讓 DC-10 裝上推力為 34000 磅（157 千牛）的 RB211-10 型發動機的建議。緊隨其後的就是一場場激烈的談判，既在飛機制造商洛克希德公司和麥道公司之間，也在發動機提供方勞斯萊斯、GE 和普惠之間，還在美國的各大航空公司之間。在這期間，價格越談越低，推力越報越高。在 1968 年年初的時候，勞斯萊斯能提供推力 40600 磅（181 千牛）的 RB211-18。而最後 1968 年 3 月 29 日，在收到 94 架 L-1011 訂單之後，洛克希德公司決定選用勞斯萊斯公司的 RB211-22 發動機，並訂購了 150 對。

1.3 開發和測試

RB211 的複雜使得它的開發和測試耗時很長。雖然 RB211 早於 1969 年已裝上維克斯 VC-10 試飛平臺並進行試飛，但在同年秋天，在努力滿足效能要求的情況下，勞斯萊斯不得不承認，發動機推力不足，並且超重，而且油耗過高。這種情況還在進一步惡化。1970 年 5 月，在對海菲爾製成的風扇進行的測試中，沒有透過鳥擊測試。幸好勞斯萊斯為了研究了一種鈦葉片，作為海菲力的替代品。不過這意味著額外的成本和更大的重量。這也帶來了技術上的問題。人們發現這些鈦坯料只有一面的質量滿足風扇葉片的製造要求。

到了 1970 年 9 月，勞斯萊斯向英國政府報告，RB211 的開發已經花掉 1.703 億英鎊 —— 幾乎是原計劃的兩倍。此外，RB211 的製造成本預估已經超過 230375 英鎊該專案正在進入危機。

1.4 破產和低迷

在 1971 年一月，勞斯萊斯已經資不抵債。由於它的戰略重要性，1971 年 2 月 4 日，該公司由當時愛德華・希思的保守黨政府的國有化，允許其完成 RB211 的發展。不過這嚴重危害到了洛克希德公司 L-1011 的計劃。

此時，沒有政府援助的洛克希德處於弱勢地位。英國政府要求美國政府擔保洛克希德完成 L-1011 計劃的銀行貸款。因為萬一本身被困難削弱的洛克希德的 L-1011 專案失敗的話，RB211 的市場將會化為泡影。儘管有一些反對的聲音，美國政府仍承諾提供保障。1971 年 5 月，一個被稱叫作 “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資產和債務，並且和洛克希德簽訂了一份新合同。這份新合同取消了延遲交付的違約金，並且每臺發動機的價格提高了 110000 英鎊。

被任命來搶救勞斯萊斯的董事會新主席，肯尼斯・基思，說服斯坦雷・胡克出山繼續工作，出任技術總監。他領導一群退休工程師來解決 RB211-22 研製過程中面臨的問題。在比原計劃延遲了大約一年的 1972 年 4 月 14 日，發動機取得了型號合格證。而在當月 26 日，美國東方航空第一架 L-1011 投入商業運營。挽救了勞斯萊斯的胡克在 1974 年被授予了爵士爵位。

因為主要精力投入了保證發動機效能，剛開始投入運營的 RB211 的初始可靠性不如當初的預期，而後來交貨的 RB211-22B 型的效能指標甚至比早先交貨的 - 22C 型還低。

經管 RB211 最終釋出，但由於 L-1011 的失敗以及搭載 RB211 的波音 747 銷量不佳。RB211 在 1970 年代一直處於嚴重虧損狀態，甚至導致勞斯萊斯公司差一點被迫關門。

1.5 挽救與接替

1980 年，波音 757 正式宣佈將預設搭載 RB211（搭載普惠 PW2000 的版本於後來才釋出）。而搭載 RB211 的 757 最終賣出的 733 架（而搭載 PW2000 的 757 僅賣出 316 架）。這一大賣最終拯救了 RB211 專案，勞斯萊斯也迎來了自 1971 年後首次盈利。

1989 年，隨著普惠 PW4000 系列釋出，設計已經逐漸老舊的 RB211 已經無法再適應市場趨勢。為此勞斯萊斯正式宣佈放棄 RB211 計劃，轉而發展效率更高的 Trent 系列。

1.6 RB211-524 系列

雖然 RB211 最初是為 L-1011-1 設計的，但是勞斯萊斯知道，它還有進一步開發以獲取更大推力的潛力。透過對風扇葉片葉型和中壓壓氣機進口環的修改，胡克的團隊使得的新發動機的推力提高到 50000 磅（220 千牛）。這種新型號被命名為 RB211-524，它可以為新型 L-1011 以及波音 747 提供動力。

勞斯萊斯在 60 年代的時候試著讓 RB211 賣給波音，不過失敗了。但是新型的 - 524 系列在效能和效率上有了顯著提高，超過了波音 747 原來的動力裝置普惠 JT9D。在 1973 年 10 月波音同意將 RB211-524 裝在 747-200 上，而英國航空訂購了首架並在 1977 年交付使用。勞斯萊斯繼續改進 - 524，將它的推力提高到 51500 磅（229 千牛），是為 - 524C。在 1981 年又將推力提高到了 53000 磅（240 千牛），是為 - 524D。著名的航空公司，諸如澳洲航空、國泰航空、盧森堡貨運航空、南非航空、紐西蘭航空都是 - 524 系列的顧客。當波音開始更大型的 747-400 計劃時，對推力又有了更大的要求，勞斯萊斯推出 了推力為 58000 磅（260 千牛）的 - 524G，以及推力為 60600（270 千牛）的 - 524H，這些都是最早裝上全許可權數位電子控制器（FADEC）。-524H 也是波音 767 的三種可選發動機之一。第一架裝有 - 524H 的 767 客戶是英國航空，在 1990 年 2 月投入運營。

後來，勞斯萊斯發展下一代的遄達發動機時發現，遄達 700 先進的高壓系統（高壓壓氣機和高壓渦輪）安裝在 - 524G 和 - 524H 上非常合適，不但降低了發動機重量，而且有節能減排的功效。 這就分別誕生了兩種新型號：-524G-T 和 - 524H-T。也可以對現有的 - 524G/H 發動機進行升級。

隨著 - 524 系列的發展，它的可靠性日益增加。 在 1993 年，767 和 - 524H 的組合通過了 ETOPS-180 分鐘認證。

1.7 RB211-524L 系列

RB211-524L 系列發動機於 1988 年 6 月起研發。後來，此係列冠名為「勞斯萊斯遄達」，並於 1990 年首次運轉，為 RB211 的後續型號。

1.8 RB211-535 系列

在 20 世紀 70 年代中期，波音著手設計取代非常成功的 727 系列的新型雙發飛機。這個級別的客機提供 150 到 200 個座位。勞斯萊斯認識到，將 RB211 減小風扇直徑並且去掉第一級中壓壓氣機，能提供 37400 磅（166 千牛）推力的新型號對此非常適合。這種新型號就是 RB211-535 系列。在 1978 年 8 月 31 日，美國東方航空和英國航空宣佈訂購採用 RB211-535C 發動機的新波音 757 飛機。他們在 1983 年一月投入服務，這是勞斯萊斯第一次為波音的飛機提供發動機。

然而在 1979 年，普惠推出了 PW2000 系列發動機，聲稱其中的 PW2037 型比 - 535C 型的燃油效率提高了 8％。於是波音向勞斯萊斯施加壓力，要求為 757 提供一種更具競爭力的發動機，並且使用更加先進的 - 534 系列的核心機作為基礎。這種新型號發動機 RB211-535E4 能提供 40100 磅（178 千牛）的推力，在 1984 年 10 月投入服務。這依然沒有 PW2037 的效率高，不過它更可靠和安靜。這也是第一種使用空心寬弦風扇的發動機，這是一種可以提高效率、較少噪音，並對異物的傷害提供保護的新設計。事實上，這種新技術之前已經使用在部分 - 535C 上。

最為重要的 - 535E 型發動機的訂單可能是 1988 年美國航空訂購的 50 架安裝 - 535E4 的 757。讓美國航空選擇 - 535E4 的一個很重要的原因就是它的噪音低。這是勞斯萊斯在三星飛機專案之後，從美國的航空公司那兒得到的最有意義的訂單，因為他導致隨後 - 535E4 發動機在 757 飛機的市場上取得了主導權。一則刊登在《Air International》上的段子說，美國航空是先選擇了 - 535E4，後選擇了波音 757。不過這對於勞斯萊斯和波音來說都是個好訊息。

在安裝在 757 上之後，-535E4 又在 1992 年安裝在了俄羅斯圖波列夫圖 - 204-120 上。這是俄製飛機第一次使用西方發動機。-535E4 也作為一種波音公司的 B-52H 替代發動機，可以用四臺取代八臺 TF33（JT3D 的軍用版），但相關方案最後未有實踐。對於 - 535E4 進一步的升級是在 90 年代，用遄達 700 的技術提升了它的排氣效能。

-535E4 是一種可靠性非常高的發動機。 在 1990 年，757 和 - 535E4 的組合通過了 ETOPS-180 分鐘認證。

1.9 工業用 RB211

當勞斯萊斯在開發 - 22 系列的時候，就意識到它可以發展成一種燃氣渦輪發動機，並在 1974 年開始了工業用 RB211 專案。當 - 524 系列開發完成不久，它上面的新技術又被用來改進這種燃氣輪機，是為 RB211-24。這種發電機在隨後幾年繼續發展，而今天，它已經可以提供 25.2-32 兆瓦功率的電力 。這一系列的許多衍生型號也被用在石油天然氣行業。

1.10 輪船用 WR-21

由其發展來的，25 兆瓦級的 WR-21 是一種船用間冷回熱（ICR）燃氣輪機。

規格

RB211 家族誕生了以下三個系列的發動機：

2.1 RB211-22 系列

三轉子
5.0 的高涵道比
單級寬弦風扇
七級中壓壓氣機
六級高壓壓氣機
18 噴嘴的單環形燃燒室
單級高壓渦輪
單級中壓渦輪
三級低壓渦輪

2.2 RB211-524 系列

三轉子
4.1 - 4.3 的高涵道比
單級寬弦風扇
七級中壓壓氣機
六級高壓壓氣機
18（G/H-T 是 24）噴嘴的單環形燃燒室
單級高壓渦輪
單級中壓渦輪
三級低壓渦輪

2.3 RB211-535 系列

三轉子
4.3-4.4 的高涵道比
單級寬弦風扇
六級中壓壓氣機
六級高壓壓氣機
18（新版本 E4 是 24）噴嘴的單環形燃燒室
單級高壓渦輪
單級中壓渦輪
三級低壓渦輪

-535E4 不但使用了新型中壓壓氣機，而且率先使用了寬弦無凸肩（凸臺）空心葉片，這使得風扇氣動效率有所提高，並降低了生產成本。除此之外，它也使用了許多新材料，比如使用在高壓壓氣機和風扇上的鈦合金，使用在發動機短艙上的碳纖維複合材料。而其後的發動機又配備了一些來自 - 524 系列的新功能，比如 FADEC。

2.4 主要效能引數