硬核航空 羅羅遄達XWB發動機發展與設計特點 和傳統的RB211主要不同處

遄達XWB發動機是羅.羅公司以遄達1000為基礎研製的遄達系列發動機的笫6型發動機。其在風扇支承結構、帶冠高壓渦輪工作葉片與中壓渦輪級數上打破了羅羅公司的傳統設計，在各部件採用了21世紀初開發和驗證的一些新技術，在性能、經濟性、排放特性、雜訊特性、維修成本等方面均處於目前領先的地位，是最好的民用發動機。

遄達XWB三轉子大涵道比渦扇發動機是羅.羅公司繼遄達700（用於A330）、遄達800（用於B777）、遄達500（用於A340-500、-600）、遄達900（用於A380）與遄達1000（用於B787）後的第6型遄達系列發動機，是空客公司A350XWB客機的唯一動力。

A350XWB和遄達XWB發展概況

空中客車公司（簡稱空客）於2005年10月啟動A350項目。當時計劃的A350為衍生自A330設計的一款250-300座雙發寬體客機，機身橫截面與A330相同，以與波音公司的B787-9、B777-200ER及計劃中的B787-10相競爭。

但是A350並未受到航空公司看好，訂單很少，空客只得放棄擬議中的A350。2006年7月17日，空客宣布將A350的機身加寬，並命名為A350XWB(EXtra Wide Body超寬機身)。A350XWB雙耳垂形（橢圓形）的機身橫截面最大直徑為5.97m，比A330/A340的大0.33m，比空客之前的寬體客機大；但是不僅比A380的小，也比B747與B777的小。

A350XWB系列飛機包括3種不同機型，分別是A350-800、A350-900和A350-1000，其航程都可覆蓋全球各個角落。在典型三級客艙布局下，A350-800、A350-900和A350-1000分別可搭載270、314和350名乘客。A350XWB系列所有型號的飛機在高密度客艙布局下的載客量都可以達到440人。

A350XWB於2012年4月開始第一架總裝，2013年5月13日完成整體噴漆，2013年6月5日進行地面滑行測試，2013年6月14日在法國城市圖盧茲布拉尼亞克機場進行了首飛。計劃A350XWB-900、-800與-1000分別於2014年四季度、2016年與2017年投入航線營運。

2014年12月22日，空客向卡達航空公司交付了第1架A350XWB-900，該客機於2015年1月5日投入了航線運營，基本達到了預定的首航計謝。截至2014年初，己得到39家航空公司的812架A350XWB的確認訂單，其中：亞太地區客戶共訂購了244架，佔據總訂單的30%。

空客2005年推出A350項目時，羅.羅公司為了爭取向A350提供動力，提出了採用推油門的方法加大用於B787的遄達1000的推力的措施，並採用常規的由高壓壓氣機向飛機機艙供氣（在B787上，發動機驅動2台功率各為250kW的交流發電機，發出的電流驅動向飛機機艙供氣的空氣壓縮機的電動機）的方案，並將這種改型的發動機命名為遄達1700。

當空客決定發展A350XWB後，為了獲得更多的用戶，要求A350XWB具有更經濟、更環保與更易維護等特點，顯然，羅.羅公司擬議中的遄達1700滿足不了空客的要求。

在空客與羅.羅協商後，羅.羅提出了全面性能較遄達1000有顯著提高的遄達XWB，作為A350XWB三種型號的唯一動力。遄達XWB有3個主要型號，即用於A350XWB-800的遄達XWB-75，用於A350XWB-900的遄達XWB-84與用於A350XWB-1000的遄達XWB-97，型號名稱中的數字表示發動機以lbf/1000為單位的起飛推力值，也即三型發動機的推力分別為75000lbf（330kN）、84000lbf（374kN）與97000lbf（430kN）。

羅.羅公司於2006年在遄達1000的基礎上，啟動了遄達XWB的研製工作，研製工作進展還是比較順利。

推力較小的型號-遄達XWB-84於2010年6月14日進行了第1次台架試車，2012年2月18日裝在由空客公司的豪華巨型客機A380改裝的飛行試車台上進行了第1次飛行試驗，在取證前進行了42次140小時的飛行試驗。在完成了全部取證試驗後，遄達XWB-84於2013年2月7日取得歐歐洲航空安全局（EASA）頒發的適航證。

2013年6月14日首架裝遄達XWB-84的用於試飛的A350 XWB（編號為MSN1）開始飛行試驗，隨後又有4架試飛飛機（MSN2-MSN5）參加取證前的飛行試驗，這些試驗中包括：在南美玻利維亞高海拔機場與阿拉伯聯合大公國的Al Ain炎熱環境的發動機性能試驗；在加拿大Iqaluit酷寒（氣溫為-30℃）條件下的發動機性能試驗，此項試驗共進行了一周時間，圖1示出試驗後的進氣錐玻冰層復蓋的照片。

2014年5月15日羅.羅公司向空客公司交付了用於首架投入運營的A350XWB的遄達XWB-84發動機。

遄達XWB推力最大型號遄達XWB-97於2014年7月15日進行了首車地面台架試車，計劃於2016年進行飛行試驗，裝該發動機的A350 XWB-1000客機計劃2017年投入航線運營。

圖1、遄達XWB進氣錐上復蓋著冰層、

2.遄達XWB設計特點

遄達XWB（圖2）由1級風扇、8級中壓壓氣機、6級高壓壓氣機、低污染環形燃燒室、1級氣冷高壓渦輪、2級氣冷中壓渦輪與6級低壓渦輪組成。

圖2、遄達XWB三轉子大涵道比渦扇發動機

2.1 與傳統的RB211/遄達發動機主要不同處

RB211-22B三轉子大涵道比渦扇發動機於1972年裝在三星L1011寬體客機投入使用。之後，羅.羅公司在此基礎上，研製了RB211-535C、RB211-535E4、RB211-524C/D、RB211-524G/H與RB211-524G/H-T等RB211系列發動機，隨後又在RB211-524G/H的基礎上發展了遄達系列發動機。

在所有這些發動機中，風扇後的支點（N1）處採用滾棒軸承、中壓渦輪為單級與高壓渦輪工作葉片帶冠，但是，遄達XWB在這三點上卻打破了傳統設計，除此之外，還第1次在中/高壓壓氣機中採用整體葉盤，在風扇部件中第1次採用複合材料的風扇後機匣，低壓渦輪工作葉片不僅首次採用了TiAl合金，且局部做成空心結構。

2.1.1風扇後支點處採用大直徑滾珠軸承

以往，出於安全考慮，普.惠公司與GE公司的大涵道比渦扇發動機風扇後支點即1號（N1）支點，均採用能承受軸向載荷的滾珠軸承。這樣，一旦風扇軸折斷，風扇盤能保持在發動機內而不會在風扇葉片氣動軸向力作用下甩離發動機。

但是，羅.羅公司從RB211-22B到遄達1000，均在風扇後1號支點處採用滾棒軸承，將承受低壓轉子軸向力的滾珠軸承設在中壓壓氣機後，且該滾珠軸承外環固定在中壓壓氣機後軸內孔上，內環固定在風扇後軸上，成為中介軸承，如圖3上部所示。

圖3、遄達XWB與傳統的RB211/遄達在風扇轉子支承上的不同處

在傳統的RB211/遄達發動機中，為了解決風扇軸折斷後風扇盤甩離發動機的問題，在風扇轉子內，1、3號支點間設有一特別的保持軸（見圖4），保持軸前端緊緊壓在風扇盤端面上，後端向內伸的擋邊扣在低壓渦輪軸前端套齒聯軸器壓緊螺帽後端，兩者間留有間隙A，正常工作時，始終保持間隙A，保持軸不起作用。

—旦風扇軸折斷，風扇轉子在風扇的氣動軸向力作用下前移，此時，保持軸前移壓到螺帽上，轉子即被滾珠軸承所拉住而不會甩出。但是，在實際使用中，曾出現過幾次（例如1981.5、1981.8、1981.9與1982.12）風扇軸折斷後，保持軸未將風扇盤保持在發動機內的事件。

風扇盤多次甩離發動機，在航空發動機發展史上也屬罕見，說明RB211系列發動機的風扇保持系統仍不夠完善。

圖4、傳統的RB211/遄達發動機風扇轉子中的保持軸

在遄達XWB中，將緊靠風扇盤後的軸承（N1）攺為大直徑的滾珠軸承(圖5)，由圖2能看出此軸承內徑大於中壓壓氣機後滾珠軸承的外徑。

另由圖4可見傳統的RB211/遄達系列中，風扇轉子滾珠軸承內徑不僅比風扇盤後滾棒軸承內徑小，而且比中壓壓氣機後滾珠軸承內徑小，由此可見，遄達XWB風扇轉子的滾珠軸承尺寸比傳統RB211/遄達系列發動機的要大得多，不僅使承載軸向負荷的能力提高4倍，而且取消了保持軸，使結構變得簡單，重量減輕。

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