体会BBC记录片《航空发动机制造全过程》

微信中一则视频让我大开眼界，这就是BBC记录片《航空发动机制造全过程》，比之先前看到的微信视频《空中造楼机》更精彩。后者让人看不到造楼机如何造楼，只是说4天盖起一层楼，具有超精密加工数控系统，数字仿真系统，激光扫描仪，定位跟踪仪扫描整个工程，全生产流程的数字化虚拟工厂，打造世界一流工厂……。就是不告诉你哪个公司研发出来的技术，或怎样做到4天盖起一层楼的？看后让人云里雾里、莫名其妙，一点收获也没有。

BBC的这部记录片，贵在让你近距离的看到制造全过程，了解到一些先进技术，知道航空发动机技术确实不简单，不怪被誉为“工业之花”——工业皇冠上的明珠；也知道英国罗尔斯-罗伊斯(简称罗罗)， 一个以三转子闻名于世的发动机制造商的英国公司，革新性的去掉了高压涡轮，而选用变速箱来代替传动轴推进发动机电扇的旋转。这家公司研发实力非凡，职工热爱工厂、敬业精神、精益求精。我想，只有在工厂干过的人，才能体会到这部记录片带给人的震撼。

比如说罗罗“遄达”涡扇发动机电扇生产工艺，每台发动机有20个叶片，电扇直径抵达112英寸，相当于协和客机的机身。叶片产生发动机75的%推力，每秒钟喷出1.2吨空气，每个叶片在起飞时要承受90吨的负荷，相当于每个叶片悬挂9辆伦敦巴士，每个叶片相当于一辆轿车价格。叶片是三层夹板粘结为中空结构，碳/钛合金材料。令人惊讶的是，极其复杂的曲面不是冷冲模加工出来的，而是将钛合金板加热到某个神秘的临界温度下 (操作者30秒钟内如不离开火炉前，防火服就要溶化，而且一粒微小的灰尘都可能带来巨大的损害！)，然后接入气管，用惰性气体插入其中，高压膨胀成型。而且每一个叶片曲面不完全一样， 20个叶片须要经过振动测试频率和称重，才能按装到各个位置上。

再比如说96个涡轮叶片，这是发动机的核心部位，涡扇将空气通过这里压缩至体积的50分之一，这样产生高压高温，即由大气中吸取空气作为燃料燃烧的氧化剂，进入内燃机里的燃烧室和油料混合燃烧（燃烧室温度抵达2000℃，选用了陶瓷涂层和陶瓷轴承），并产生猛烈的燃气喷射流。气流与涡轮叶片迎面相遇，使叶片以每分钟一万转高速旋转，每片叶片输出与一级方程式引擎相同的马力。叶片在高温926摄氏度下工作，需要设计许多复杂的冷却孔，冷却系统带走热量，可以在二十分之一秒烧开一壶水。叶片要先浇铸成单晶体金属合金的复杂形状，类似于石蜡浇铸的模具，再经过4天的金加工完成，精度在头发丝的十分之一，还要用18吨的力拉伸测试，不能有任何裂缝变形。

发动机是模块化制造生产，由八大模块组成，每个模块又有千千万万个零件组成，共计有35000个部件，最后用九天时间手工总装完成。再拉到试验中心点火运转，在模拟苛刻环境下检测其振动、温度、速度、压力等等各项性能，确保飞行安全可靠才能出厂。一台三转子涡轮电扇发动机的功率与68辆一级方程式赛车相当，它需要推进重达200吨的波音787在天空飞翔15700公里。发动机总重量5.5吨，比银子还要贵几倍。交贷使用后还要通过卫星，由监控中心24小时监控世界各地由罗罗公司制造的每台发动机的飞行状况，即时用计算机分析并给予预警指导。另外，保证客户20年的保养和配件供应，按飞行时间的多少来收费。

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏，它直接影响飞机的性能、可靠性、安全性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机行业具有高技术，高投入、高风险、高壁垒的特性。研发普通单台发动机的投入在10-30亿美元，时间周期10-15年。从60年代开始，全球主要制造商和供应商不超过25家，目前，世界上能够独立研制高性能航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家。航发更多的靠工业的根底，技术门槛很高，厚积薄发，还有时间和技能的堆集。由于航发太需要安全可靠性了，从这个视点讲，航空要比航天复杂得多。航空强的国家工业必定强，可是航天强的国家就不一定了，尽管连朝鲜、印度都能发射卫星。

罗尔斯•罗伊斯公司成立于1906年，创始人是查尔斯•罗尔斯和亨利•罗伊斯，“劳斯莱斯”和“罗尔斯•罗伊斯”均由英文Rolls-Royce翻译而来。开端罗尔斯•罗伊斯是出产轿车的，从1914年开端制造飞机发动机，1920年代末，航空发动机变成罗尔斯•罗伊斯最首要的事务。1931年，罗尔斯•罗伊斯收买了其在大惨淡中堕入财政艰难的对手宾利，此外罗尔斯•罗伊斯还为二战时的英国生产坦克车。此时的公司包括罗尔斯•罗伊斯发动机、劳斯莱斯轿车、宾利轿车三个公司。二战结束后，生产航空发动机成为主业之一。1971年，罗罗开发新型的三转子RB211型发动机。由于三转子技术较新，加上罗罗的复合材料风扇技术没有过关，着急上马的RB211发动机项目研制周期拖延过长，最终导致罗罗的财力无法支持，负债累累导致破产。不得不由英国政府出面收归国有。

后在英国政府干预下进行改组，将公司一分为二，分为汽车与航空发动机两家公司。1980年，劳斯莱斯轿车被兵器公司Vickers收买。1998年，Vickers又将劳斯莱斯轿车事务出售给德国宝马，有趣的是，宝马开始是一家飞机制造公司。而宾利承继了罗尔斯•罗伊斯轿车又被群众公司收买，可是不得运用劳斯莱斯的商标。有此教训，罗罗公司真正体会到要选择一条符合市场规律的航空发动机研制途径，并由此走上核心机和验证机直至系列化发展的道路。经过多年发展，该公司研制的RB211系列三转子发动机已成为当代大型民用航空发动机中最成功的发动机系列之一。1987年，英国政府的国有资本再次退出，罗罗重归私有。至此，罗尔斯•罗伊斯公司则变成专业从事涡轮发动机的英国公司。公司年营业额 209.69亿美元（2015年）员工数 50,500人（2015年）。

在大型飞机上，涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代。但国际上只有4家能生产高性能的航发公司：GE(即美国通用电气公司)、英国罗尔斯•罗伊斯、美国普拉特•惠特尼(简称普•惠)、法国的斯耐克玛。四家航空发动机制造厂商占据全球 84%的市场份额。美国GE占有40%市场份额，英国罗•罗公司占据22%市场份额，法国斯耐克玛公司和美国普惠公司分别占据13%和9%的市场份额。2011年，全球航空发动机市场规模约750亿美元。其中中国航空发动机市场产值仅为30.76亿美元，而且几乎全部是国产战斗机发动机所需。中国航空发动机制造落后严重制约着各种新战机装备，民用发动机长期依赖于国外航空发动机，航空发动机成为中国迫切需要提升的难题之一。未来十年，全球涡扇、涡喷发动机累计需求总量将超过7.36万台，总价值超过4160亿美元。

罗尔斯•罗伊斯在涡扇发动机领域里仅次于GE的品牌，市场占有率与GE相当，最有名的当属RB-211型发动机，其余包括像波音787使用的低噪音发动机“遄达”1000系列、空客A380使用的Trent 900发动机，世界上噪音最小的客机产品A330/340系列使用的“遄达”500/700系列都是RR的杰作，号称世界最先进中型直升机的AW101使用的RTM332也是RR的产品；大有超越GE的优势。遄达XWB发动机的油耗比传统发动机下降了10%，这意味着仅燃油一项，就能够让航空公司每架飞机每年节约本钱250万美元。罗罗每年为航空和非航空事务的研制经费达10亿英镑。罗尔斯•罗伊斯总部坐落英国中部伦敦北部德比郡，德比郡实际管辖8个非都市区，面积2631平方公里。而总部位于德比郡的南部一个20万人口的小镇，其品牌遄达发动机的“遄达”(Trent)一词是德比郡邻近一条河流的名字。

目前罗罗在中国的业务还只局限在民用发动机、能源和船舶三大业务上，与西安发动机公司合资成立了西安西罗航空部件有限公司，在上海南汇建有一家船舶设备制造厂，生产组装方向舵、操纵、甲板机械和转向系统等设施，同时它还涉足中国西气东输工程。由于欧盟对华武器禁运至今没有解除，罗罗公司暂时还未能大力涉足中国国防装备市场。在全球大型民用发动机市场，排名前两位的罗罗和GE两家激战正酣。特别是当空客和波音将战场摆到中国后，罗罗和GE之间对中国飞机引擎市场的争夺更加白热化。更为重要的是，罗罗目前正在极力促成自己成为空客A350XWB的唯一引擎提供商。

2018.3.29