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技术创新带来变革源动力
正如保罗•斯坦恩所说,新时代的工业革命虽然不再聚焦于单一技术的突破,但是对于新技术的研发力度丝毫不能减弱,且在数字化时代,前沿技术的集成化更为重要,制造企业在技术创新上将面临更大挑战。
从20世纪40年代世界上首台投入使用的民用涡扇发动机,到70年代的三转子发动机,再到如今占据全球宽体客机发动机市场半壁江山的遄达系列发动机,罗罗一直在技术创新上大步前行,长期引领着航空发动机前沿技术的发展。 保罗•斯坦恩透露,“全集团每年花在研发上的投入达14亿英镑”,这相当于罗罗全年收入的10%;罗罗还在全球31所大学设立了技术研究中心,聚焦最先进的技术。大量的资金与资源投入,只为确保罗罗在核心业务上的行业领跑地位。
与几十年前不同,当人们谈起罗罗的航空发动机,所想到的不仅是三转子,罗罗在宽弦风扇叶片、3D打印等革新技术上的应用亦取得了卓越的成效。在罗罗最新的遄达XWB商用涡扇发动机上,设计与工艺创新的成果随处可见。仅空心钛合金风扇叶片中涉及的技术专利就超过60项,罗罗花费10年的时间不断改进风扇叶片技术,在大尺寸、低密度与高强度上获得平衡。风扇叶片由3片超薄的钛合金材料扩散焊接而成,而后在近1000°C的熔炉中用氩气使外侧的两片钛板膨胀,中间层被拉伸成Z字形,最终形成三维空心叶片。这种结构类似建筑上的瓦楞结构,具有重量轻、刚性强的特点,加上大直径宽弦超掠叶片的设计,为发动机带来高效率、低噪声和抗外物损伤性等优势。压气机部件的整体叶盘设计减轻了15%的重量;燃烧室采用的陶瓷涂层隔热材料在保证部件可靠性的基础上将燃烧室温度提高到2000℃,从而提升燃油效率。多项创新技术的应用,使得遄达XWB发动机的油耗比同类型产品降低10%,仅这一项就能为客户每年每架机节省250万美元,因此空客最新的远程宽体客机A350WXB选用了该款发动机作为唯一的动力来源。遄达XWB发动机已于2015年投入运营,累计订单超过1500台。
此外,罗罗还将3D打印技术用于遄达XWB的制造。2015年,罗罗采用3D打印技术生产了遄达XWB-97发动机上直径1.5米的钛合金前轴承座,该部件是目前最大的3D打印航空发动机组件,组件包含的48个叶片也采用3D打印技术生产。保罗•斯坦恩介绍,不仅在航空发动机上,罗罗的船用柴油发动机、燃油喷射系统都有3D打印技术的应用。不过“3D打印并非魔法”,它主要针对的是结构复杂的几何体、模具或一次性产品,对于制造工艺成熟、质量要求高的零部件还需采用传统的制造技术。
为了更好地推进技术创新,罗罗以20年为周期规划和推进科研投入。5年愿景着眼短期,将成熟技术融入产品;10年愿景关注能应用于实际的新技术;20年愿景则放眼长远,聚焦新兴科技,“任何新技术都有可能改变未来”。在罗罗的下一代航空发动机Advance 3中,可以看到许多目前热门的航空新技术,比如碳钛合金风扇、复合材料机匣、陶瓷基材料等。Advance 3预计2020年后投入使用,其涵道比高达11,总压比超过60,目标是较第一代遄达发动机的燃油消耗降低20%。
基于Advance 3发动机,罗罗的10年规划中包括了下一代UltraFan发动机。在新的发动机上,罗罗放弃了传统的三转子结构,取消低压涡轮,采用齿轮箱将可变桨距复合材料风扇与低压压气机相连。通过齿轮传动,让风扇和压气机各自工作在最优效率之下,从而加大风扇直径,以实现涵道比15、总压比超过70、燃油消耗降低25%的目标。事实上,齿轮传动并非全新技术,竞争对手美国普惠公司就以齿轮传动作为新一代“静洁动力”齿轮传动涡扇发动机的核心技术,并且在投入运营后获得了高效节能的良好反馈,可见齿轮传动技术应用于主流发动机研制的高效可靠。罗罗的“后发”源自“厚积”:已经投入使用的美国F-35B战斗机的升力风扇就是采用了罗罗的齿轮传动技术。2015年,罗罗与利勃海尔宇航在德国成立平股合资公司,开发和制造用于UltraFan发动机的动力齿轮箱。
放眼未来,保罗•斯坦恩还谈到了开放式转子技术与混合电力驱动技术。罗罗现研的全新核心机可以适用于开放式转子发动机,不过该技术最终是否投入商用则取决于飞机制造商的需求。而混合电力驱动技术则是罗罗20年愿景中的重要部分。正如保罗•斯坦恩所说,罗罗的创新是“一系列接连不断地改进、突破与变革”,是用“对未来的无尽想象”保持“现在的持久生命力与竞争力”。
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