劳斯莱斯RB211

劳斯莱斯RB211（Rolls-Royce RB211）是一个由劳斯莱斯生产、推力介于37,400至60,600磅（166-270千牛顿）之间的高涵道比涡轮扇发动机家族。

最初发展的目的是用作洛克希德L-1011（三星飞机）的动力装置，从1972年开始随着三星飞机的投入使用而开始服务，并且是该型飞机唯一的动力来源。研究RB211所花去的巨额资金使得劳斯莱斯有限公司在1971年破产，而之后被英国政府国有化使得公司能够生存下来。

1970年代初，劳斯莱斯认为以RB211为基础萌芽的三转子涡轮喷射发动机可以有50年的发展潜能，1989年，RB.211-524L发动机被更名为遄达（Trent）。从1990年代后，RB211设计概念的继承者遄达系列发动机（Trent）继承RB211的遗产并取代RB211成为劳斯莱斯三转子涡轮扇发动机的象征，成为了业界最领先的发动机之一。

## 历史

### 背景

在1966年，美国航空宣布它们需要一款有效座位里程成本（Cost per Available Seat Mile）更低的新型双发中短程客机。而飞机制造商们希望能再有至少一家航空公司赞同这种主意，他们才进行开发。恰好美国东方航空对此也有兴趣，不过他们希望这种新飞机拥有更长的航程，而在那个时代，对于这种长航程客机的必须使用三发动机符合安全航空法规需求。其他航空公司也还是对三发的客机感兴趣。洛克希德和麦克唐纳-道格拉斯公司各自推出了自己的新型飞机：L-1011三星飞机和DC-10。这两款飞机都是300座级三发宽体双通道，能横跨美洲大陆的中远程客机。

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这些新型飞机都需要新发动机。而这个时期发动机技术取得了极大的进步，即从低涵道改为高涵道。这使得发动机可以提供更大的推力，并且更加省油，更加安静。

1960年代的英国航空业仍然有发展新客机的需求与资本，1964至1967年间，霍克希德利研究英国欧洲航空提出的需求时，提出了160人座的HS.132与185人座的HS.134构型，两款机型将预计较现役喷射民航机有效座位里程成本降低25-30%，为此霍克希德利需要劳斯莱斯提供的新发动机，这款发动机名称为RB.178，推力30,000磅级（130仟牛顿）。RB.178发展始于1961年7月，由劳斯莱斯工程师亚德里安·隆巴德（Adrian Lombard）执掌计划，初期名称为“超级康威”，研发成本使用了260万英镑，该计划初期是以劳斯莱斯康威发动机为基础升级架构，让康威发动机成为双转子传动轴、发动机旁通比达1：6的高旁通比涡轮扇发动机，取代当时服役中的劳斯莱斯康威发动机。

1963年末，RB.178得到英国政府提供资金打造原型验证机。1966年7月，RB.178发动机进行地面试伡，虽然在性能表现上达成目标，但是在进入实机测试时英国人却发现未来无法找到适配机型，国产飞机中三叉戟飞机并不打算更换发动机，维克斯VC10因为缺乏额外订单也只能放弃后续升级计划。此外劳斯莱斯在开发RB.178初期曾寄望美国的波音747接受选配此款引擎，但波音最后拒绝。在1966年波音拒绝RB.178后，该专案被迫叫停。

1966年9月，劳斯莱斯宣布将启动先进发动机系列计划（ATE），打造推力10000lbf级的RB.203与最大推力60000lbf的RB.207。为了满足性能，ATE系列发动机将使用三转子传动轴、环形燃烧室、一体化结构发动机等。RB.203是用来取代劳斯莱斯斯贝发动机。在1967年，洛克希德对外发布三星式客机之前已经确定选用劳斯莱斯的三转子发动机，代号RB.211。英国航空部在1967年7月28日提供劳斯莱斯ATE系列中的RB.207与RB.211研发启动资金。其中，RB.207是为了欧洲第一款宽体客机空中客车A300所打造，它的技术由RB.178继续研制，为了A300而配备的RB.207推力47500lbf。然而英国政府在1969年4月16日退出多国协作的空中客车合作案，使得劳斯莱斯发动机进军空中客车A300项目的梦想破灭，空中客车与史奈克码最后决定投资在通用电气CF6合作生产案，劳斯莱斯的民航发动机项目至1960年代后期仅剩RB.211仍然继续下去。

从1960年代中期RB.178项目之后，劳斯莱斯对于航空喷射发动机未来的发想进行研究，在1965年，劳斯莱斯团队相信三转子传动轴发动机是发动机的未来，工程师认为这是在恒定转速下降低油耗最简单、成本最低的方案。三转子传动轴的结构是将三组不同转速的驱动轴以同心圆方式包覆在发动机主传动轴中，驱动三组不同转速的压气机，这让发动机工程师可以设定三组应对不同工作环境需求的压缩涡轮转速，让不同压力阶段区间的压缩机在最佳转速阶段下运作，可以降低压缩机段数需求，让发动机整体结构更紧凑坚固。但是这款发动机的挑战也很直观，便是成功打造出三转子传动轴结构，并且维护发动机难度也会增加。

在1967年，劳斯莱斯向洛克希德提出的开发期程是在1970年12月底完成测试认证，每具发动机造价511,000美元。

### 设计完成

在1967年6月23日，劳斯莱斯向洛克希德公司提供了为L-1011三星飞机设计的RB211-06型发动机的设计。这种新发动机可以提供33260磅（147.9千牛）的额定推力，并且使用了很多发动机的新技术：源自RB207的可以提供大功率的高涵道比设计，以及源自RB203的三转子设计。除此之外，也有一些全新的技术。风扇就是使用全新的，被称作“海菲尔（hyfil）”碳纤维复合材料制成。这样的节省的重量和全用金属制成的风扇相当，从而增大了发动机的推重比，这是一个很大的优势。劳斯莱斯公司承诺在1971年将RB211投入使用，尽管他们知道要在这么短的时间内增添这么多新技术是一项挑战。

洛克希德公司认为这种新发动机的使用会让L-1011与DC-10相比具有很大的优势。然而，麦道公司在1967年10月也同样收到了劳斯莱斯请求让DC-10装上推力为34000lbf的RB211-10型发动机的建议。紧随其后的就是一场场激烈的谈判，既在飞机制造商洛克希德公司和麦道公司之间，也在发动机提供方劳斯莱斯、GE和普惠之间，还在美国的各大航空公司之间。在这期间，价格越谈越低，推力越报越高。在1968年年初的时候，劳斯莱斯能提供推力40600lbf的RB211-18。而最后1968年3月29日，在收到94架L-1011订单之后，洛克希德公司决定选用劳斯莱斯公司的RB211-22发动机，并订购了150对。

### 开发和测试

RB211的复杂使得它的开发和测试耗时很长。虽然RB211早于1969年已装上维克斯VC10改装的试飞平台并进行实机测试，但在同年秋天，在努力满足性能要求的情况下，劳斯莱斯不得不承认，发动机推力不足，并且超重，而且油耗过高。这种情况还在进一步恶化。1970年5月，在对海菲尔制成的风扇进行的测试中，没有通过鸟击测试。幸好劳斯莱斯为了研究了一种钛合金叶片，作为海菲力的替代品。不过这意味着额外的成本和更大的重量。这也带来了技术上的问题。人们发现这些钛坯料只有一面的质量满足风扇叶片的制造要求。

到了1970年9月，劳斯莱斯向英国政府报告，RB211的开发已经花掉1.703亿英镑—几乎是原计划的两倍。此外，RB211的制造成本预估已经超过230375英镑该项目正在进入危机。

### 破产和低迷

在1971年1月，劳斯莱斯已经资不抵债。由于当时劳斯莱斯底下军用发动机部门正执行着为龙卷风攻击机RB199涡轮扇发动机研发任务，该机型的战略重要性不容许英国政府作视劳斯莱斯陷入危机，因此即便是政策偏向小政府导向的保守党爱德华·希思政府内阁，仍然在1971年2月4日决定采取国家介入解决劳斯莱斯债务问题，并将公司国有化确保完成RB211研发。虽然开发得以延续，但延宕的工程进度影响到了洛克希德公司。

由于当时的洛克希德公司财务状况并不宽裕，延宕的工程进度导致L-1011客机必须延迟交机，违约损失可能会导致洛克希德也被卷入破产，与劳斯莱斯的生死坐在同一条船上的洛克希德请求英国政府协助游说美国政府出面提供洛克希德公司借贷，保障L-1011客机可以成功产出，这也可以保证RB211不会失去市场。尽管美国国内有一些反对的声音，美国政府仍出面提供洛克希德公司贷款。

1971年5月，由英国政府出资成立一间被称叫作“劳斯莱斯有限公司”（Rolls-Royce (1971) Ltd）的新公司，这些新公司收购的原劳斯莱斯公司的债务与资产，并且和洛克希德签订了一份新合同。新合约取消了RB211延迟交机的违约金，并且让每颗发动机的采购单价提高11万英镑。

被任命来抢救劳斯莱斯的董事会新主席，肯尼斯·基思，说服斯坦雷·胡克出任劳斯莱斯公司的技术总监，拯救RB211计划。胡克又劝说几位退休的资深劳斯莱斯引擎工程师归队组团解决RB-211-22发动机的问题，这批工程师较广受人知者包括梅林发动机之父西里尔·罗弗西（Cyril Lovesey）与喷射发动机先驱亚瑟·鲁布拉（Arthur Rubbra）。在比原计划延迟了大约一年的1972年4月14日，发动机取得了型号合格证。在当月26日，美国东方航空第一架L-1011投入商业运营。挽救了劳斯莱斯的胡克在1974年被授予了爵士（Sir）爵位。胡克团队的工作重点是确保RB211的运转功率合乎需求，因此初期版本的RB211在妥善可靠率上不如原先预期，初期交付给洛克希德的版本为RB211-22C，比后续交货的RB211-22B表现更差；但是在劳斯莱斯工程团队持续的改进下，发动机的推进性能与可靠度都显著提升。

尽管RB211成功问世，但由于L-1011销量低迷，选用搭载RB211的波音747销量有限，因此劳斯莱斯在1970年代的航空发动机市占率低迷不振。

### 挽救与接替

1980年，波音757正式宣布将默认搭载RB211（搭载普惠PW2000的版本于后来才发布）。而搭载RB211的757最终卖出的733架（而搭载PW2000的757仅卖出316架）。这一大卖最终拯救了RB211项目，劳斯莱斯也迎来了自1971年后首次盈利。

1989年，随着普惠PW4000系列发布，设计潜力已经几近挖掘殆尽的RB211已经难以因应市场诉求。为此劳斯莱斯正式宣布放弃为RB211进行改良，而将公司资源投资在以RB.211为基础发展，效率更高的遄达系列发动机。

### RB211-524系列

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RB211最初是为L-1011-1设计，1971年的劳斯莱斯为了赶在1972年完成交付RB211-22因此团队重视发动机的运转可靠性，而暂时忽略其它目标。但是劳斯莱斯清楚三转子架构有进一步开发以获取更大推力的潜力，在1972年完成首款版本交付后，劳斯莱斯开始有余力为RB.211升级。通过对风扇叶片叶型和中压压气机进口环的修改，胡克团队使新发动机推力提高到50000lbf。这种新型号被命名为RB211-524，它为性能升级的L-1011-200以后的型号与波音747提供动力。此外，劳斯莱斯也把RB.211-524B推销给空中客车A310，但没有客户对此有兴趣。

劳斯莱斯在1960年代时曾推销RB211给波音，不过失败了。但是新型的-524系列在性能和效率上有了显著提高，超过了波音747原来的动力装置普惠JT9D。在1973年10月波音同意将RB211-524装在747-200上，英国航空为了支持本土产业，在订购747的同时选用劳斯莱斯发动机。首架配备RB.211-524D的波音747-200在1977年交付使用。劳斯莱斯继续改进-524，将它的推力提高到51500lbf，是为-524C。在1981年又将推力提高到了53000lbf，是为-524D。著名的航空公司，诸如澳洲航空、国泰航空、卢森堡货运航空、南非航空、新西兰航空基于其性能以及与英国的政治纽带关系而被跟进采用。当波音开发更大型的波音747-400时，对推力又有了更大的要求，劳斯莱斯推出了推力为58000lbf的-524G，以及推力60600lbf的-524H，这些都是最早装上全权数字发动机控制（FADEC）。-524H也是波音767的三种可选发动机之一。第一架装有-524H的767客户是英国航空，在1990年2月投入运营。尽管性能上524系列已可和美国发动机竞争，但英联邦以外的国家对于选择英国产品缺乏热诚，767量产中仅有31架配备RB.211-524H，为量产总数的2%；747-400则比较好，694架中有132架选用RB.211-524G，大约15%比例。

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后来，劳斯莱斯发展下一代的遄达发动机时发现，遄达700先进的高压段结构（高压压气机和高压涡轮）安装在-524G和-524H上非常合适，不但降低了发动机重量，而且有节能减排的功效。这就分别诞生了两种新型号：-524G-T和-524H-T。也可以对现有的-524G/H发动机进行升级。

随着-524系列的发展，它的可靠性日益增加。在1993年，767和-524H的组合通过了ETOPS-180分钟认证。

### RB211-524L系列

RB211-524L系列发动机于1988年6月起研发，为空中客车A330客机的选配发动机。由于在发展中引进了许多新技术，后来此系列按照劳斯莱斯的旧惯例以英国河川冠名，名称改为“劳斯莱斯遄达”，遄达发动机于1990年首次运转，为RB211的后续型号。

### RB211-535系列

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在1970年代中期，因环保与油耗诉求，波音着手设计取代非常成功的727系列的新型双发喷射客机。这个级别的客机提供150到200个座位。劳斯莱斯认识到，将RB211减小风扇直径并且去掉第一级中压压气机，能提供37400lbf推力的新型号对此非常适合。这种新型号就是RB211-535系列。在1978年8月31日，美国东方航空和英国航空宣布订购采用RB211-535C发动机的新波音757飞机。他们在1983年一月投入服务，这是劳斯莱斯第一次为波音的飞机提供发动机。

然而在1979年，普惠推出了PW2000系列发动机，声称其中的PW2037型比-535C型的燃油效率提高了8％。于是波音向劳斯莱斯施加压力，要求为757提供一款更具竞争力的发动机，并且使用更加先进的-534系列的核心机作为基础。这种新型号发动机RB211-535E4能提供40100lbf的推力，在1984年10月投入服务。这依然没有PW2037的效率高，不过它更可靠和安静。这也是第一种使用空心宽弦风扇的发动机，这是一种可以提高效率、较少噪音，并对异物的伤害提供保护的新设计。事实上，这种新技术之前已经使用在部分-535C上。

最为重要的-535E型发动机的订单可能是1988年美国航空订购的50架安装-535E4的757。让美国航空选择-535E4的一个很重要的原因就是它的噪音低。这是劳斯莱斯在三星飞机项目之后，从美国的航空公司那儿得到的最有意义的订单，因为美航在世界民航圈的地位与市占率带来的广告效益与后勤站点支援，导致在1980年代末期后增购的波音757选择动力时-535E4发动机取得了主导权，大约有70%波音757使用这款发动机。一则刊登在《Air International》上的报导说美国航空是先选择了-535E4，后选择了波音757。不过这对于劳斯莱斯和波音来说都是个好消息。

在安装在757上之后，-535E4又在1992年安装在了俄罗斯图波列夫图-204-120上。这是俄制飞机第一次使用西方发动机。-535E4也作为一种波音公司的B-52H替代发动机，可以用四台取代八台TF33（JT3D的军用版），但相关方案最后未有实践。对于-535E4进一步的升级是在1990年代，用遄达700的技术提升了它的排气性能。

-535E4是一种可靠性非常高的发动机。在1990年，757和-535E4的组合通过了ETOPS-180分钟认证。

### 工业用RB211

当劳斯莱斯在开发-22系列的时候，就意识到它可以发展成一种燃气涡轮发动机，并在1974年开始了工业用RB211项目。当-524系列开发完成不久，它上面的新技术又被用来改进这种燃气轮机，是为RB211-24。这种发电机在随后几年继续发展，而今天，它已经可以提供25.2-32兆瓦功率的电力。这一系列的许多衍生型号也被用在石油天然气行业。

### 轮船用WR-21

由其发展来的，25兆瓦级的WR-21是一种船用间冷回热（ICR）燃气轮机。

## 规格

RB211家族诞生了以下三个系列的发动机：

### RB211-22系列

- 三转子
- 5.0的高涵道比
- 单级宽弦风扇
- 七级中压压气机
- 六级高压压气机
- 18喷嘴的单环形燃烧室
- 单级高压涡轮
- 单级中压涡轮
- 三级低压涡轮

### RB211-524系列

- 三转子
- 4.1 - 4.3的高涵道比
- 单级宽弦风扇
- 七级中压压气机
- 六级高压压气机
- 18（G/H-T是24）喷嘴的单环形燃烧室
- 单级高压涡轮
- 单级中压涡轮
- 三级低压涡轮

### RB211-535系列

- 三转子
- 4.3-4.4的高涵道比
- 单级宽弦风扇
- 六级中压压气机
- 六级高压压气机
- 18（新版本E4是24）喷嘴的单环形燃烧室
- 单级高压涡轮
- 单级中压涡轮
- 三级低压涡轮

-535E4不但使用了新型中压压气机，而且率先使用了宽弦无凸肩（凸台）空心叶片，这使得风扇气动效率有所提高，并降低了生产成本。除此之外，它也使用了许多新材料，比如使用在高压压气机和风扇上的钛合金，使用在发动机短舱上的碳纤维复合材料。而其后的RB.211发动机又引入一些在-524系列实装的新设备增加发动机运作效率，比如FADEC。

### 主要性能参数

型号｜静止推力｜基本重量｜长度｜风扇直径｜开始使用年｜使用机种

RB211-22B｜42000lbf｜9195lb｜119.4in｜84.8in｜1972｜洛克希德L-1011-1, 洛克希德L-1011-100

RB211-524B2｜50000lbf｜9814lb｜119.4in｜84.8in｜1977｜波音747-100, 波音747-200, 波音747SP

RB211-524B4｜50000lbf ｜9814lb｜122.3in｜85.8in｜1981｜洛克希德L-1011-250, 洛克希德L-1011-500

RB211-524C2｜51500lbf｜9859lb｜119.4in｜84.8in｜1980｜波音747-200, 波音747SP

RB211-524D4｜53000lbf｜9874lb｜122.3in｜85.8in｜1981｜波音747-200, 波音747-300, 波音747SP

RB211-524D4-B｜53000lbf｜9874lb｜122.3in｜85.8in｜1981｜波音747-200, 波音747-300,

RB211-524G｜58000lbf｜9670lb｜125in｜86.3in｜1989｜波音747-400

RB211-524H｜60600lbf｜9670lb｜125in｜86.3in｜1990｜波音747-400, 波音767-300

RB211-524G-T｜58000lbf｜9470lb｜125in｜86.3in｜1998｜波音747-400, 波音747-400F

RB211-524H-T｜60600lbf｜9470lb｜125in｜86.3in｜1998｜波音747-400, 波音747-400F, 波音767-300

RB211-535C｜37400lbf｜7294lb｜118.5in｜73.2in｜1983｜波音757-200

RB211-535E4｜40100lbf｜7264lb｜117.9in｜74.1in｜1984｜波音757-200, 波音757-300, Tupolev Tu-204

RB211-535E4B｜43100lbf｜7264lb｜117.9in｜74.1in｜1989｜波音757-200, 波音757-300, 图波列夫Tu-204

## 基本资料

- 日语原文：RB211
- 类型：涡轮风扇发动机
- 制造商：劳斯莱斯
- 原产国：英国
- 首次运转：1969年
- 使用机种：L-1011、波音747、波音757、波音767、Tu-204
- 发展为：劳斯莱斯遄达