Rolls Royce RB211: Британдық турбовентиляторлық қозғалтқыштың тарихы

Кіріспе

1960 жылдардағы британдық турбовентиляторлы авиациялық қозғалтқыш

Rolls Royce RB211 – Rolls Royce компаниясы өндірген британдық жоғары өткізу қабілеті бар турбовентиляторлы қозғалтқыштар отбасы. Бұл қозғалтқыштар күшті итеру күшін тудыруға қабілді. RB211 қозғалтқышы – өндіріске енген алғашқы үш шпулді қозғалтқыш және Rolls Royce компаниясын авиациялық қозғалтқыштар индустриясындағы маңызды ойыншыдан әлемдік көшбасшыға айналдырды. Алғашында Lockheed L 1011 TriStar ұшағы үшін әзірленген, ол 1972 жылы қолданысқа енді және L 1011 ұшағын қуаттандырған жалғыз қозғалтқыш болды. Бастапқы әзірлемелерді тиімсіз басқару және одан туындаған шығындар Rolls Royce Limited компаниясының тиімді түрде мемлекеттік меншікке өтуіне әкелді, бұл Ұлыбритания үшін маңызды жұмыс күшін және қозғалтқыш бизнесін, сондай-ақ көптеген басқа да әуе кеңістігі және ұшақтарды пайдалану компанияларын сақтау мақсатында жасалды. 1970 жылдардың басында компания бұл қозғалтқышты кем дегенде 50 жыл бойы үздіксіз дамытуға болатынын есептеген. 20 жыл ішінде RB211 1989 жылы Rolls Royce Trent қозғалтқыштар отбасымен алмастырылды, ал RB211 524L Trent деп қайта аталды.

Өмірбаян

1966 жылы American Airlines компаниясы бір орындыққа арзан бағамен ұшатын жаңа қысқа және орта қашықтықты ұшақ жасау қажеттігін мәлімдеді. Екі қозғалтқышты іздеген кезде, ұшақ өндірушілерге жаңа жолаушы ұшағын әзірлеуді негіздеу үшін кемінде бір тұтынушы қажет болды. Eastern Airlines әуе компаниясы қызығушылық білдірді, бірақ ұзын қашықтықты және су үстіндегі ұзақ маршруттарды пайдалануды талап етті. Ол кезде бұл үшін үш қозғалтқыш қажет болды. Басқа әуе компаниялары да үш қозғалтқышты ұнататын. Lockheed және Douglas компаниялары L 1011 TriStar және DC 10 үлгілерімен жауап берді. Екі ұшақтың да үш қозғалтқышы бар, екі дәлізбен жабдықталған кең корпуста 300-ге жуық жолаушыны отырғызатын. McDonnell Douglas DC 10 кең корпусы АҚШ және Еуропалық ұшақ конструкторлары әуе компанияларын өте үлкен жүк тасымалдауға арналған ұшақтармен және қысқа/орташа және ұзақ аралыққа ұшуға мүмкіндік беру үшін қабылдаған инновациялық ұшақ және авиациялық қозғалтқыш технологияларының өкілі болды. Бұл өте үлкен сыйымдылықты ұшақтар жолаушылар саны мен әуе қозғалысының елеулі өсуіне төтеп беру үшін қажет болды, ол кезде өнеркәсіп болжаған. Еуропада 1950 жылдардың соңы мен 1960 жылдардың басында жеке және мемлекеттік ұйымдар үлкен сыйымдылықтағы ұшақтардың тұжырымдамалық зерттеулерін жүргізді. Әуе компаниялары жүргізген көптеген зерттеулер 200-300 орындық ұшаққа бағытталған, жоғары циклдік өнімділігі жоғары, ол жоғары жылдамдықты авиациялық қозғалтқыштың жаңа технологиясын пайдалану негізінде жасалған. RB.178 жобасы 1966 жылдың мамыр айында тоқтатылды, ал 1966 жылдың маусым айында Rolls Royce компаниясы Boeing 747 ұшағы үшін P&W компаниясымен бәсекелесуге ниеті жоқ екенін білдірді. 1966 жылдың қыркүйегінде Rolls Royce компаниясы 10,000 фунт (RB.203) дейін 60,000 фунт (RB.207) итермелі күшін қамтитын Advanced Technology Engine (A. T. E) отбасын іске қосу туралы шешімін жариялады. A.T.E. отбасы үш бұрышты архитектура, сақиналы жану камерасы және құрылымдық интеграцияланған электр станциясы (нацель) сияқты жаңа технологияларды енгізді. Rolls Royce сондай-ақ Conway-ді алмастыру үшін үш шпильді конструкциялар сериясында жұмыс істеді, олар тиімділігін арттыруға уәде берді. Бұл конфигурацияда үш турбина тобы әртүрлі жылдамдықпен жұмыс істейтін компрессордың үш бөлігін қуаттандыру үшін үш бөлек концентрикалық валдарды айналдырады. Компрессордың әрбір сатысы өзінің оңтайлы жылдамдығында жұмыс істеуге мүмкіндік берумен қатар, үш шпильді конструкция компактты және қатаң, бірақ оны жасау мен күтіп ұстау күрделірек. Сол кезде бірнеше жобалар жасалып жатты, соның ішінде 10,000 фунт (44 кН) итермелі күшін беретін RB203, ол Spey-ді алмастыруға арналған. 1961 жылдың шілдесінде Conway-ді алмастыру қозғалтқышы бойынша жұмыстар басталды және 1966 жылға қарай HP компрессор, жану камерасы және турбиналық жүйелердің жобаларын дәлелдеу үшін қос шпильді демонстрациялық қозғалтқыш іске қосылды. Rolls Royce 1965 жылы үш шпильді жүйені ең қарапайым, ең арзан шешім ретінде таңдады. RB211-ге жұмыс 1966 жылы басталды, алғашқы сертификатталған қозғалтқыштар 1970 жылдың желтоқсанына дейін 33,260 фунт алға тарту күшінде және әрқайсысының бағасы 511 000 доллар болатын. 1968 жылдың ақпан айында American Airlines компаниясы 50 McDonnell Douglas DC 10 ұшағына тапсырыс беру үшін Rolls Royce RB211 қозғалтқышын таңдады. 1968 жылы 7 наурызда The Times газетінің Вашингтондағы тілшісі Конгресс Rolls Royce компаниясының АҚШ-қа арналған Airbus ұшағына қозғалтқыштар жеткізуге деген ұсынысын тоқтатуға тырысқанын жазды. Огайо штатының өкілі Роберт Тафт-кенесегі Rolls Royce компаниясының қозғалтқышты пайдалануға рұқсат алғаны туралы хабарға қарсылық білдірді. 1968 жылы 9 наурызда "Таймс" газеті президент Линдон Джонсонға Огайо мен Нью-Мексико штаттарынан алты сенатор мен бес өкілдің жазбаша наразылықтарын қабылдағанын хабарлады. Олардың наразылығы "авиакомпаниялар мен британдық үкімет өкілдері арасындағы америкалық үкіметтің шетелдік қозғалтқыштар сатып алу туралы ұстанымы туралы келіссөздер кезінде жеткілікті түрде теңдестірілген ақпарат берілмеген". АҚШ Конгресі шетелдік қозғалтқыштардың импорты АҚШ-тың 3800 миллион долларлық төлем тапшылығына және 18000-20000 жұмыс орнын жоғалтуға әкеп соғады деп алаңдады. Бұған жаңа технология қосылды, ол RAE Farnborough-да жасалған Hyfil деп аталатын жаңа көміртекті материалдан жасалған желдеткіш сатысы болды. Салмақты үнемдеу титаннан жасалған ұқсас желдеткішке қарағанда едәуір болды және RB211-ге күш пен салмақ арақатынасы жағынан бәсекелестерінен артықшылық берді. Бұл жаңа мүмкіндіктерді қамтитын қозғалтқыш үш...

In 1966, American Airlines announced a requirement for a new short medium range airliner with a focus on low cost per seat operations. While it was looking for a twin engined plane, aircraft manufacturers needed more than one customer to justify developing a new airliner. Eastern Airlines had expressed interest, but required greater range and needed to operate long routes over water. At the time, this demanded three engines to provide redundancy. Other airlines also favored three engines. Lockheed and Douglas responded with designs, the L 1011 TriStar and DC 10 respectively. Both had three engines, transcontinental range and seated around 300 passengers in a widebody layout with two aisles. The wide body McDonnell Douglas DC 10 was representative of the innovative aircraft and aero engine technologies which were then being adopted by US and European airframe manufacturers to provide airlines with aircraft of very large carrying capacity and short/medium to long range. These very large capacity aircraft were needed to address the significant increases in passenger numbers and air traffic which were then being forecast by the industry. In Europe, large capacity airliner concept studies had been carried out by both private and government organisations since the late 1950s and early 1960s. Many of the studies conducted by the aviation companies were weighted towards a 200 to 300 seat aircraft, with a high cycle performance that was based on the utilisation of the game changing new technology of the high by pass ratio aero engine. The RB.178 was cancelled in May 1966 and in June 1966 Rolls Royce indicated it did not want to battle with P&W over the Boeing 747. In September 1966 Rolls Royce revealed its decision to launch an Advanced Technology Engine (A. T. E) family covering thrusts ranging from 10,000lbf (RB.203) through to 60,000lbf. (RB.207). The A. T. E family introduced new technologies such as the triple shaft architecture, an annular combustor and a structurally integrated power plant (nacelle). Rolls Royce was also working on a series of triple spool designs as replacements for the Conway, which promised to deliver higher efficiency. In this configuration, three groups of turbines spin three separate concentric shafts to power three sections of the compressor area running at different speeds. In addition to allowing each stage of the compressor to run at its optimal speed, the triple spool design is more compact and rigid, although more complex to build and maintain. Several designs were being worked on at the time, including a 10,000 lbf (44 kN) thrust design known as the RB203 intended to replace the Spey. Work started on the Conway replacement engine in July 1961 and a twin spool demonstrator engine to prove the HP compressor, combustor, and turbine system designs, had been run by 1966. Rolls Royce chose the triple spool system in 1965 as the simplest, lowest cost solution to the problem of obtaining lower fuel consumption and reduced noise levels at a constant power setting. Work on the RB211 as essentially a scaled down RB207 began in 1966 7 with the first certificated engines being scheduled to be available by December 1970 at 33,260lb take off thrust and at a price of $511,000 each. In February 1968, American Airlines had chosen the Rolls Royce RB211 to power its order for up to 50 McDonnell Douglas DC 10s. On 7 March 1968, the Washington correspondent of The Times wrote of an attempt being made by Congress to block Rolls Royce's bid to supply engines for the projected United States airbus. Representative Robert Taft Jr. of Ohio had marshalled opposition because of a report that Rolls Royce had won approval for the engine. On 9 March 1968, The Times reported that President Lyndon Johnson had received written protests from six senators and five representatives, from Ohio and New Mexico – states that would benefit if a US manufacturer was selected. Their complaint was that 'not adequately balanced information was given during talks between representatives of airlines and the British Government concerning the American Government's position on buying foreign engines'. The US Congress was concerned that the import of foreign engines would result in a US payments deficit of $3,800 million and the loss of 18,000 to 20,000 jobs. To this was added one new piece of technology, a fan stage built of a new carbon fibre material called Hyfil developed at the RAE Farnborough. The weight saving was considerable over a similar fan made of titanium, and gave the RB211 an advantage over its competitors in terms of power to weight ratio. Despite knowing that the timetable was challenging for an engine incorporating these new features, Rolls Royce committed to putting the RB211 into service in 1971. Lockheed felt that the new engine enabled the L 1011 to offer a distinct advantage over the otherwise similar DC 10 product. However, Douglas had also requested proposals from Rolls Royce for an engine to power its DC 10, and in October 1967 the response was a thrust version of the RB211 designated RB211 10. There followed a period of intense negotiation between airframe manufacturers Lockheed and Douglas, engine suppliers Rolls Royce, General Electric and Pratt & Whitney, and the major US airlines. During this time prices were negotiated downwards and the required thrust ratings were increased. By early 1968, Rolls Royce was offering a thrust engine designated RB211 18. On 29 March 1968 Lockheed announced that it had received orders for 94 TriStars, and placed an order with Rolls Royce for 150 sets of engines designated RB211 22.

Даму және сынау

RB211 қозғалтқышының күрделілігі ұзақ даму және сынақ кезеңін қажет етті. 1969 жылдың күзіне қарай Rolls Royce өзі берген өнімділік кепілдіктерін орындау қиындықтарына тап болды: қозғалтқыштың итермелеу күші жеткіліксіз болды, салмағы артық еді және отын тұтынуы шамадан тыс жоғары болды. Жағдай 1970 жылдың мамыр айында одан бетер нашарлады, жаңа Hyfil (көміртекті талшықты композит) желдеткіш қанаты басқа сынақтардан сәтті өткеннен кейін, құстарды жұту сынағының бөлігі ретінде жоғары жылдамдықпен оған тауық сүйегі атып тасталғанда сынып қалды. Компания Hyfil-дегі қиындықтарға қарсы сақтандыру үшін титан қанатын жасап шығарған, бірақ бұл қосымша шығындар мен салмаққа әкеп соқты. "Дерби инженерлерінің әдеттегідей мақтанышпен және өзіне сенімділігімен, тіпті мақтанға дейін жететін болғандығы анық байқалды, бірақ олардың ұлы көшбасшысы Ломбард 1967 жылы күтпеген жерден алынып тасталғанда, жағдай нашарлап, жаманнан жаманға ұшырады. Оның қазасы ешкім толтыра алмаған үлкен бос орын қалдырды" – Стэнли Хукер.

RB211-524 сериясы

Алғашында L 1011 үшін жасалған болса да, Rolls Royce RB211-ді күштірек етуге болатынын білді. Жаңа нұсқа, 1973 жылдың 1 қазанында алғаш рет сынақтан өткен, RB211 524 деп аталды және L 1011-дің жаңа түрлерін, сондай-ақ Boeing 747 ұшағын қуаттандыра алатын болды. Rolls Royce 1960 жылдары Boeing-ке RB211 сатуға тырысты, бірақ жаңа 524 нұсқасы Boeing-тің 747 ұшағы үшін таңдаған Pratt & Whitney JT9D қозғалтқышына қарағанда айтарлықтай жақсы өнімділік пен тиімділік көрсетті. 1973 жылдың қазан айында Boeing 747-200 ұшағына RB211 524 қозғалтқышын орнатуға келісті, ал British Airways 1977 жылы пайдалануға берілген бұл комбинацияны тапсырған алғашқы әуе компаниясы болды. Flight International журналы 1980 жылы былай деп жазды: "Әуе компаниялары отынды үнемдеуге қаншалықты мән беретінін Qantas компаниясының жаңа Boeing 747 ұшақтары үшін RB.211 524 қозғалтқышын таңдауы көрсетіп тұр. Qantas компаниясы British Airways-тің RB211 қозғалтқыштарымен жабдықталған Boeing 747 ұшақтары JT9D қозғалтқыштарымен жабдықталған ұшақтарға қарағанда шамамен 7% аз отын жұмсайтынын анықтады, бұл бүгінгі бағамен есептегенде, бір ұшаққа жылына шамамен 1 миллион доллар үнемдеуге мүмкіндік береді". Rolls Royce 524 қозғалтқышын дамытуды жалғастырды, 524C нұсқасымен күшін арттырды, содан кейін 1981 жылы сертификатталған 524D нұсқасын жасады. Qantas, Cathay Pacific, Air New Zealand, Cargolux және South African Airways сияқты әуе компаниялар оның тұрақты клиенттеріне айналды. Boeing 747-400 ұшағын шығарғанда, күштірек қозғалтқыш қажет болды, ал Rolls 524G және содан кейін 60 600 фунт күшін ұсынатын 524H нұсқаларын ұсынды. Екеуі де 535E4 моделінде қолданылғандай, терең құлап түсетін араластырғышы бар толық қаптаманы алды. Бұл FADEC жүйесін алғаш рет қолданған нұсқалар болды, кейіннен GE және Pratt & Whitney компаниялары өз қозғалтқыштарында да пайдаланды. 524H Boeing 767 ұшағы үшін үшінші қозғалтқыш опциясы ретінде де ұсынылды, ал оның біріншісі 1990 жылдың ақпанында British Airways компаниясымен пайдалануға берілді. Бұл 524 қозғалтқышының соңғы жетістігі болуға тиіс еді, бірақ Rolls Trent қозғалтқышын жасағанда, Trent 700-дің жақсартылған HP жүйесін 524G және 524H нұсқаларына орнатуға болатыны анықталды. Бұл нұсқалар жеңіл болды, отын тиімділігін арттырды және шығарындыларды азайтты; олар тиісінше 524G T және 524H T деп аталды. Сондай-ақ, қолданыстағы 524G/H қозғалтқыштарын жақсартылған T конфигурациясына жаңартуға болады, және бірқатар әуе компаниялар мұны істеді. 524 қозғалтқышы дамыған сайын сенімділігі арта түсті, ал 524H 1993 жылы 767 ұшағы үшін 180 минуттық ETOPS сертификатын алды. RB211 қозғалтқышының нақты отын тұтынуы шамамен 0,6 фунт/(фунт-күш сағаты) құрайды. 1987 жылы A330 және 777 нарығында одан әрі өсуге мүмкіндік беру үшін басталған 524L нұсқасы кеңінен қайта құрылды, енгізілген маңызды өзгерістер нәтижесінде қозғалтқыш ақырында Trent деп аталды, және оның дамуы осы атпен жалғасты.

Although originally designed for the L 1011 1, Rolls Royce knew that the RB211 could be developed to provide greater thrust. By redesigning the fan and the IP compressor, Hooker's team increased the engine's thrust to The new version, which first ran on 1 October 1973, was designated RB211 524, and would be able to power new variants of the L 1011, as well as the Boeing 747. Rolls Royce tried unsuccessfully to sell the RB211 to Boeing in the 1960s, but the new 524 offered significant performance and efficiency improvements over the Pratt & Whitney JT9D which Boeing had originally selected to power the 747. In October 1973 Boeing agreed to offer the RB211 524 on the 747 200, and British Airways became the first airline to order this combination which entered service in 1977. Flight International stated in 1980:

"The importance placed on fuel saving by airlines is emphasised by Qantas' adoption of RB.211 524 power for its new Boeing 747s – the only aircraft on which all big three fans are available. Qantas found that British Airways' Boeing 747s fitted with RB211s burnt roughly 7% less fuel than its JT9D equipped fleet, a saving of about $1 million a year per aircraft, at today's prices." Rolls Royce continued to develop the 524, increasing its thrust through with the 524C, then in the 524D which was certificated in 1981. Notable airline customers included Qantas, Cathay Pacific, Air New Zealand, Cargolux and South African Airways. When Boeing launched the heavier 747 400 more thrust was required, and Rolls responded with the 524G rated at thrust and then the 524H with 60,600, both introducing a full cowl nacelle with deep chute forced mixer as already present on the 535E4. These were the first versions to feature FADEC. This was later adopted by GE and Pratt & Whitney for their engines. The 524H was also offered as a third engine choice on the Boeing 767, and the first of these entered service with British Airways in February 1990. These would have been the final developments of the 524, but when Rolls developed the successor Trent engine, it was found it could fit the Trent 700's improved HP system to the 524G and 524H. These variants were lighter and offered improved fuel efficiency and reduced emissions; they were designated 524G T and 524H T respectively. It was also possible to upgrade existing 524G/H engines to the improved T configuration, and a number of airlines did this. The 524 became increasingly reliable as it was developed, and the 524H achieved 180 minute ETOPS approval on the 767 in 1993. An RB211 may have a thrust specific fuel consumption around 0.6 lb/(lbf·h). The 524L, begun in 1987 to allow further growth in the A330 and 777 market, was more extensively redesigned, the considerable differences incorporated leading to the engine eventually receiving the name Trent, under which name development has continued.

RB211-535C

1970 жылдардың ортасында Боинг компаниясы өзінің сәтті 727 ұшағын ауыстыру үшін жаңа екі қозғалтқышты ұшақ құрастыруды қарастырды. Ұсынылып отырған ұшақтың сыйымдылығы 150 жолаушыдан 200-ге жуықтағанда, Rolls Royce RB211 қозғалтқышын желдеткіштің диаметрін кішірейте және бірінші IP компрессор сатысын алып тастау арқылы қажетті итермелі күш беретіндей етіп өзгертуге болатынын анықтады. Жаңа нұсқа RB211 535 деп аталды. 1978 жылдың 31 тамызында Eastern Airlines және British Airways 535 қозғалтқыштарымен жабдықталған жаңа 757 ұшағына тапсырыс берді. RB211 535C деп белгіленген қозғалтқыш 1983 жылдың қаңтарында қолданысқа енгізілді. Бұл Rolls Royce компаниясының Боинг ұшағы үшін алғашқы ұшыру қозғалтқышын жеткізгені болды. Eastern Airlines президенті Фрэнк Борман 535C қозғалтқышын "әлемдегі ең тамаша авиациялық қозғалтқыш" деп атады.

RB211-535E, RB211-535E4

1979 жылы Pratt & Whitney компаниясы PW2000 қозғалтқышын ұсынды, PW2037 нұсқасы үшін 535C-ге қарағанда 8%-ға артық отын үнемдеуін мәлімдеді. Boeing компаниясы Rolls Royce компаниясына 757 ұшағы үшін бәсекеге қабілетті қозғалтқыш беруге қысым жасады. Компания 524 ядросын негізге ала отырып, 1984 жылдың қазан айында пайдалануға берілген RB211 535E4 қозғалтқышын жасады. PW2037 сияқты тиімді болмаса да, ол сенімдірек және шуылсыз болды. Көрінетін айырмашылықтарының бірі – байлану арнасынан тысқары шығып тұрмайтын ұзын қаптамасы. Ыстық және суық ауа ағындары интеграцияланған немесе ортақ соплода ішінара араласады. Бұл сондай-ақ, тиімділігін арттыратын, шуды азайтатын және сыртқы заттардың зақымдауына қарсы қосымша қорғау беретін кең құлақшалы желдеткішті алғаш рет қолданған қозғалтқыш болды. 535E қозғалтқыштарына жасалған ең маңызды тапсырыс 1988 жылдың мамырында American Airlines компаниясынан келіп түсті, ол 535E4 қозғалтқыштарымен жабдықталған 50 757 ұшағын тапсырыс берді, қозғалтқыштың төмен шуы маңызды фактор ретінде аталып өтті. Бұл Rolls Royce компаниясы TriStar ұшағынан бері АҚШ авиакомпаниясынан алған алғашқы маңызды тапсырыс болды және 757 ұшағында 535E4 қозғалтқышының үстемдігіне әкелді. Ерекше жағдай ретінде, American Airlines компаниясының мәлімдемесі кезінде 535E4 таңдауы 757 таңдауынан бұрын жарияланды, бірақ бұл Rolls Royce және Boeing компаниялары үшін қуантарлық жаңалық болды. 757 ұшағы үшін сертификатталғаннан кейін E4 1992 жылы пайдалануға берілген ресейлік Tupolev Tu 204 120 авиалайнеріне ұсынылды. Бұл ресейлік жолаушылар ұшағына батыстық қозғалтқыштарды алғаш рет орнату болды. Boeing компаниясы B 52H Stratofortress ұшағының қозғалтқыштарын жаңарту үшін 535E4 қозғалтқышын ұсынды, ұшақтың сегіз TF33 қозғалтқышын төрт турбовентилятормен алмастыруды көздеді. 535E4 қозғалтқышы 1990 жылдардың соңында Trent 700 үшін әзірленген технологияларды пайдаланып, шығарындыларды азайту мақсатында жаңартылды. Көптеген мамандар 535E4 қозғалтқышын өте сенімді деп санайды және 1990 жылы 757 ұшағы үшін 180 минуттық ETOPS мақұлдауын алды.

Өнеркәсіптік RB211

Rolls Royce 22 қозғалтқышын әзірлеу барысында, оның құрлықтағы қуат өндіруге арналған нұсқасын жасау оңай екенін түсінді, сол себепті 1974 жылы RB211 өнеркәсіптік машинасы ұсынылды. 524 қозғалтқышы кейіннен пайда болғанда, оның жетілдірулері RB211 24 деп белгіленген өнеркәсіптік RB211 құрамына енгізілді. Генератор келесі жылдары біртіндеп жетілдіріліп, бүгінгі күні 25,2–32 МВт қуатты генераторлар тізбегі ретінде сатылуда. Оның көптеген орнатылымдары мұнай және газ теңіз өндірісі салаларында қолданылған.

Теңіз WR-21

Кеме қуаты үшін 25 МВт сыныпты, жақсартылған Intercooled Recuperated (ICR) газ турбинасы жасалды.