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航空史话

航空发动机巨头罗罗的“传奇”背后

时间:2018年12月20日 10:55   来源:大飞机报
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    空客供图 

     

  

    资料图

  

  纵观世界航空发动机的发展史,英国一直保持着技术领先地位,不仅开创了涡轮喷气发动机的先河,其首创的三转子结构技术和垂直、短距起降动力技术更是对世界航空推进技术的发展起着重要作用。

  回顾英国航空发动机产业发展历程,百年航空巨头罗尔斯·罗伊斯企业的发展极具代表性。作为世界主要航空发动机企业之一,罗罗早在一战期间就着手航空发动机的研发,并在二战后期开始涡扇发动机的技术研发工作,成功研发出世界上首台民用涡扇发动机RB80。在百年的发展历程中,罗罗曾一度面临破产的艰难局面。而罗罗是如何突破困局,涅槃重生,最后成就其在大型民用航空发动机市场中的霸主地位的呢?

  

  困境中破局,“三转子”的涅槃

  

  1915年,罗罗开始设计生产飞机发动机。第二次世界大战后,成为英国喷气发动机的主要生产者、世界军用和民用喷气发动机的最大制造厂家之一。1971年2月,为美国洛克希德企业生产RB211喷气发动机,同年负债亏损导致破产。后在英国政府干预下将劳斯莱斯企业一分为二,分为汽车与航空发动机两间企业。其制造汽车、柴油机及通用发动机的部门仍为私营,称劳斯莱斯汽车企业。罗罗航空发动机企业主要为飞机生产发动机,用来装配近70种军用和民用飞机,总部设在英国德比郡德比市。

  很多人知道劳斯莱斯汽车,却不知道罗罗是世界上最优秀的航空发动机制造者之一。

  60年代初,以美国为首的民用客机市场竞争日趋白热化。1966 年,洛克希德企业和道格拉斯企业分别开始了L-1011“SAMSUNG”和 DC-10 三发客机的设计,这两款飞机都是300座级、横跨美洲大陆的中远程宽体客机。这些新机型需要新的发动机,当时高涵道比概念已经出现,和早期的低涵道发动机相比,高涵道涡扇发动机具有更大的推力、更好的燃油经济性和更小的噪声。

  彼时,罗罗正全力投入三转子涡扇发动机的研究,通过三组涡轮驱动三组压气机工作在不同的最优转速下,能够带来发动机效率的提升。然而,三转子设计也会导致部件结构更加复杂、发动机重量增加以及制造维护更加困难等问题。1967 年 6 月,罗罗向洛克希德提交了 RB211-06发动机方案,其推力为147.9千牛,采用大功率高涵道比设计和三转子构型,风扇叶片采用碳纤维材料。罗罗计划在 1971年让 RB211-06 服役,但这一承诺对于一款采用众多高新技术的发动机而言,显然过于冒险。1968年,洛克希德向罗罗订购了300台发动机。

  然而,在产品研发的复杂性、新技术的风险以及英国经济危机等多重因素的夹击下,RB211项目花费巨大,开发耗时长,测试结果却不尽如人意。到1970年,罗罗在RB211项目中的花销达到1.7亿英镑,是原有计划的2倍。1971年,严重超支的RB211项目把罗罗拖进财务困境,资金链破裂导致罗罗破产。英国政府为了保护本土航空工业,将罗罗收归国有。

  这一突变,让罗罗真正体会到选择符合市场规律的航空发动机研制途径的重要性。技术创新能为企业发展提供推力,但是要以成熟可靠为支撑,同时要尽量减小风险。罗罗开始走上技术验证、核心机研制并系列化发展的道路。三转子技术所蕴含的巨大潜力让罗罗继续投入RB211的研发,通过结构改进,1972年,罗罗将RB211-524交付给洛克希德。之后,RB211的改进型先后为波音747、757以及俄罗斯图-204提供动力。在核心机研制方面,罗罗开展了高温涡轮验证装置和XG系列验证计划,其中就包括垂直/短距起降技术,这些技术都用在了先进的军用发动机产品中。

  经过多年发展,RB211系列三转子发动机已成为当代大型民用航空发动机中成功的发动机系列之一。1987年,英国政府的国有资本退出,罗罗重回私有。

  值得一提的是,三转子技术被罗罗用在RB199军用发动机上,这也是全球唯一一款军用三转子发动机,作为“狂风”战机的动力系统,使欧洲国家第一次在战术空中打击力量上能与美苏相抗衡。

  通过对技术的继承和创新,罗罗走出了适合自身发展的新道路。在罗罗最新的宽体客机动力系统“遄达”系列发动机上,依然能够看到RB211的影子,而宽弦复合材料风扇、环形串联燃烧室、高温陶瓷基材料等新技术的应用,让罗罗跻身民用宽体客机发动机领域的领军者。在罗罗未来新一代Advance发动机上,仍能够感受到“三转子”旺盛的生命力。

  

  在竞争中走向国际合作

  

  20世纪60年代,罗罗先后兼并了布里斯托尔企业、布莱克本企业和纳皮尔企业,成为了英国最大的航空发动机企业。积累了丰富经验并获得先进技术储备的罗罗不断推进技术创新,开始与美国的航空发动机制造商一较高下。

  在罗罗航空发动机业务发展的过程中,国际合作起着重要的作用,并有不少成功的案例。比如RB199发动机就是由英、法、德三国联合研制,此后英、德、意、西班牙为欧洲“台风”战机联合研制了EJ200加力涡扇发动机。20世纪80年代,为了给空中客车企业窄体客机A320研制新一代发动机,英、美、日、德、意5国的航空发动机企业组建了合资企业国际航空发动机企业,联合生产V2500民用涡扇发动机。

  在国际合作的初期,英国的航空发动机企业仍然以自行设计和独立研发为主,对外合作仅仅处于政治和经济上的考虑。后来经历了破产风波的罗罗,国际合作已不再是航空发动机技术发展的补充,而成为了重要方式。合作形式从跨国联合、多国研制到成立国际联合企业。对英国而言,政治与经济上的“内忧外患”不断,国内通货膨胀带来的经济下行压力、国外空中军事力量飞速发展,都让英国不得不选择更加深入的国际合作。

  80年代以后,为了适应新一代高性能飞机要求,各国均加快了航空发动机的研制步伐,国际市场的竞争愈演愈烈。英国为了提高自身竞争力,提出“扬长避短、技术以我为主,继续走国际合作之路”的做法。

  进入90年代后,新一代航空发动机在性能、成本和技术水平上的要求逐步提升。

  随着苏联解体,国际形势发生了巨大变化,欧盟的力量不断扩大,为了与美国在军、民市场上保持竞争优势,出现了欧盟合作研发航空产品和技术的趋势。同时,合作的深度也从联合产品研制向着同一目标的技术计划发展。比如针对军用产品的先进核心军用发动机(ACME)计划,主要发展推力矢量系统、双转子和三转子加力涡扇发动机技术,达到推重比15以上、耗油率升高30%等。ACME第一阶段的工作已经完成,发展的技术用于RB199、“飞马”以及EJ200发动机等。衍生的陶瓷材料、合金材料和冷却技术的研究,也被罗罗用在后来的发动机产品中。

  

  “40天引擎计划”改造供应链

  

  据悉,罗罗企业每年要投入55亿英镑来改造供应链,并且在未来几年,罗罗甚至计划把供应链每年的投资提高到80亿英镑。一个航空发动机需要数十万个零件,每天这些零件从世界各国生产出来,运输到生产线进行总装,而其中任何一个零件的缺货、任何一条生产线的失误,都可能让这个集团的生产处于停滞状态。

  目前,罗罗的供应商网络由全球70个国家的8000多家供应商组成。在航空制造业这样一个高端精益化生产的行业,罗罗是如何顺应市场改造它庞大的供应链?

  2000年,罗罗发动了40天引擎计划,顾名思义,就是让客户从下发订单到接收货物只需要40天。这看起来有点不可思议,毕竟在当时,订单的交货周期有260天,甚至一年半之长但是这一切确实在改变着。

  “40天引擎计划”要求供应商尽可能压缩交货时间。对内,它则重新组织了生产流程。简而言之,就是让采购、运输、生产集成和发货等部门彼此沟通,达到无缝连接。

  罗罗从一个引擎的设计源头开始就减少零件和生产流程,以求压缩直接供应商的数量。这样的好处是可以给予每一家供应商更大的采购额,帮助它们用规模效益来为罗罗提供更低廉的价格和更完善的服务。

  罗罗与8000多家生产和非生产性供应商以及多家战略合作伙伴有业务往来,向他们购买所有东西,从工厂铸型和铸造成品部件所用的原材料,到加工部件和成品部件、压缩机、变速箱、电气系统和传感器等等。为保证业务的正常开展,罗罗还购买了多种多样的服务,从物流和运输,到IT支撑和设施管理等。其产品制造成本中,约70%用于购买全球供应商的产品和服务。

  但是供应商并非多多益善。对于每个新的发动机项目,罗罗要挑选约100家企业作为直接供应商——在大约十年前,该数字一度达到了250家左右。压缩供应商的好处显而易见。一是供应链过于繁杂会影响到交付效率,二是更少的供应商可以让罗罗能够密切把控其生产速度和质量。

  在不同的部件上,罗罗超越传统的采购视野,分别采用了寻找与供应商的共同利益采购策略(与川崎重工的利益共享),改变优化需求性质采购策略(关注新兴创新替代产品),推动供应商竞争和提升采购策略,这些比单纯的战略采购更加有效。

  但是,庞大的销售网络也随之带给罗罗一个新的难题,在快速响应客户需求之后,客户更关心的问题在于,如何实时追踪自己订购的产品?

  随着客户提出越来越高的需求,罗罗意识到改善信息流迫在眉睫。最终罗罗启动SAP作为供应链管理系统,简单而言,它的作用是让生产、供应、销售整合到同一个信息平台上,彼此之间可以完全看到对方信息。也就是说,罗罗的信息平台上设立了一个订单管理中心,供应商输入交货日期、交货数量等,罗罗在世界各地的工厂和生产线就能同享这些信息,并且妥善安排组装计划。更重要的是,完善的信息平台让罗罗的库存降至最低,这意味着可以腾挪出更多的现金。同时即时追踪货物也可以提高交付速度,从而让罗罗的销售人员更快从客户手中收回货款,大幅改善了罗罗的现金流。

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