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第23章 新发动机,新挑战(1)

随着20世纪70年代结束,20世纪80年代到来,普惠以JT3、JT4、JT8和JT9称霸商用发动机世界的局面正从根本上发生着改变。

自喷气航空开始,就有一个原则,每种飞机只有一个型号的发动机装机,普惠称霸整个市场。宽体飞机时代改变了这种局面,通用电气公司和罗·罗在DC-10、L-1011和波音747上赢得一席之地,最后在新的空客A300上安了家,接着是在图卢兹制造的飞机上,形成了三大巨头三足鼎立的局面。结果导致三大巨头之间的激烈价格竞争,而且一直持续至今。机队引进支援和大杀价的时代来到。三家之一时不时指责另两家挑起激烈的价格竞争,这大概是“先有鸡还是先有蛋”的争论,没有明确答案。总结起来就是:游戏规则变了。在大多数情况下,发动机公司初始销售是赔钱的,通过日后销售备件再把钱挣回来。正如流传的警句所言,喷气发动机是“世界上最大的剃刀”。

在1987年《航空周刊》采访中,时任普惠商用发动机运营总裁的拉里·克拉克森总结当时形势

发展时所言:“事后想一想,我们没有为DC-10、L-1011和空客A300提供发起发动机是个错误。”他说,“结果让我们的竞争对手在原本是普惠传统客户的航空公司中站稳了脚跟,还使波音公司受到巨大压力最终让我们竞争对手的发动机装上波音747。”

正如欧洲战斗机发动机项目中所提到的,另一变化是美国以外的公司开始在发动机项目中赢得较大份额。对于普惠公司来说,这种情况始于F100北约计划,然后是JT8D-200研制计划,其中,德国的MTU公司和瑞典的沃尔沃公司成为风险共担合作伙伴。他们对发动机研制进行投资,盈利时分享利润,有时投入运营后要等很多年才有收获。开始时这类合作伙伴关系规模较小,三大巨头之一与几个小公司合作。随着时间推移以及发动机研制进展,经济性要求变得更加严格,三大发动机公司之一要与另外一家相互合作。如果一个公司独自搞一个项目,还没等销售就要付出十几亿美元的研制费,直到巨额的备件销售出现才有利润。比较好的和更加耐用的发动机意味着老经验老办法,即发动机公司至少要出售3倍的发动机,即一台初始发动机和两台备用发动机,今后再也不适用了。

合作案例争相仿效,先是通用电气公司和法国斯奈克玛各占50%股份的合资企业CFMI。后来又有国际航空发动机公司,其中,普惠公司和罗·罗公司各占约1/3的权益,MTU、菲亚特和日本航空发动机公司分享剩下的1/3。通用电气公司和普惠公司组建了各占50%股份的发动机联盟公司,为空客A380研制发动机。罗·罗公司和通用电气公司组建联盟公司为联合攻击战斗机研制替代发动机。即使载有三大巨头之一的名牌发动机也有合作伙伴的大量份额。三大发动机公司在顺利进行这种新的商务和技术合作工作中都遇到某些困难,但是他们克服了困难,实现了顺利合作。这已经成为21世纪商用发动机业务的模式。

JT10D——独一无二的发动机

普惠公司首次试图组建真正的国际集团公司是20世纪70年代中期的JT10D计划。波音公司当时正在为20世纪80年代寻找新飞机来代替波音727,波音727在当时是历史上销售最好的喷气飞机。替代飞机可能是波音737,但那时波音737在某种程度上并非嫡系。普惠公司推出25000~35000lbf级别的发动机,取名JT10D,投入运营的额定推力为26000lbf。普惠公司占项目份额的83%,德国MTU占13%,意大利菲亚特占4%。真正引起航空界议论的是1976年决定让罗·罗公司参加该计划并占有34%的股份。的确,普惠公司早在20世纪40年代就与罗·罗公司合作进行尼恩发动机计划,但那是严格的军用项目。这是两个对手第一次在重大的商用项目上联手。

但是到1977年5月,这一结合以普惠公司所说“自然与友好的决定”而结束,以便各自公司走自己的路。主要原因是波音计划的飞机越来越大,需要更大推力的发动机。原来的JT10D推力要增加到29000lbf,而不是25000lbf或26000lbf。这一推力非常接近罗·罗公司为宽体飞机研制的RB211的推力。罗·罗公司缩短了RB211的风扇,而得到RB211-535,推力为32000lbf。

“罗·罗公司决定制造竞争发动机也就意味着他们不愿像原来那样参加JT10D计划。”普惠公司总裁布鲁斯·托里尔对《航空周刊》杂志说:“他们从合作伙伴变成竞争对手。我们对罗·罗公司没有敌意,人各有志。以后可能在什么时候我们又在一起合作。”

尽管两公司的感情有点受到伤害,但他们还是再度联手组建国际航空发动机公司,研制推力为25000lbf的V2500发动机。但是事情变得有点复杂。

普惠公司与罗·罗公司需要V2500,因为他们没有研制原来的JT10D[1] 。波音公司的新飞机即后来的波音757需要更大的推力。普惠公司的JT10D要改为PW2037,而罗·罗公司力推RB211-535。通用电气公司被排除在外。波音757将要登场,毕竟它将是波音727的下一代,这是个大卖点,而且随着美国对航空公司管制的解除以及干线—支线航空公司体系的发展,非嫡出的波音737进入市场,成为商用航空业最热门的飞机,直到今天仍然如此。波音公司要改进飞机,需要新发动机,其推力比装配原波音737的JT8D推力要大。普惠公司与罗·罗公司当时全力投入波音757,没有资源搞新型波音737。虽然事后看波音737的成功是必然的,但那时并非如此,因为对航空公司解除管制的效果不是十分明朗。

无论如何,波音决定制造737-300,使用曾为DC-8换发所用的发动机,叫CFM56,由CFMI制造,CFMI是通用电气公司和法国斯奈克玛公司的合资企业。斯奈克玛公司开始曾和普惠公司来往,实际上普惠公司一段时间持有斯奈克玛公司10%的所有权。但是他们从未进行实际的发动机合作。那时,斯奈克玛公司并不想与罗·罗公司扯上关系,主要是因为罗·罗公司为L-1011的罗·罗发动机麻烦缠身,基本破产。剩下的就是通用电气公司。两者在1971年开始合作,研制CFM56,几乎8年没有卖出一台发动机。第一次销售是为DC-8换发。然后波音公司找上门来,计划用该发动机为KC-135加油机换装发动机。为给波音737延寿,设计了波音737-300,CFM56将用作波音737-300的发动机。这又给CFMI一臂之力,恰逢空客公司为单通道A320飞机揭幕,而A320也是普惠公司和罗·罗公司的V2500所瞄准的飞机。

出于各种正确因素的考虑,20世纪70年代中叶做出发展更大推力发动机的决定对普惠公司乃至整个发动机行业意义深远。自此多年后,CFM56在所有大型发动机销售中占有半壁江山,超过JT8D,是历史上最成功的商用喷气发动机。

PW2037,能为自己思考的发动机

当波音7×7最后成为波音757时,不仅增加推力是一个问题,而且油耗也成为更加重要的问题。当初,喷气发动机受到欢迎是因为它的燃料是廉价的煤油衍生物,比活塞发动机使用的高辛烷值燃油便宜得多。20世纪70年代初,第一次石油危机改变了这一切。航空燃料成本上涨10倍,占航空公司运营成本的一半。

普惠公司决心把JT10D改为PW2037,该发动机将是从未制造过的油耗最低的发动机,比旧涡扇发动机油耗低30%,比竞争发动机RB211-535低7%。这必须采用突破性技术才能做到。这些技术在20世纪70年代大多处于试验阶段,只是有限地用于定型的JT9D-7系列发动机。

最大的变化之一是全权数字式发动机电子控制装置(FADEC)。今天,每一个制造商的每一台发动机都装有这种装置,但是当普惠公司与姊妹公司汉密尔顿标准公司合作把这种装置安装在PW2037上时,那是一个巨大的变化。此前,输送到发动机的燃油要通过齿轮、凸轮、弹簧、手柄等一系列液压机械装置与驾驶舱的油门杆相连进行控制。随着发动机推力越来越大,该控制装置就越来越复杂。原型JT9D的液力机械控制装置非常庞大,像发动机本身一样复杂。随着发动机需要提供越来越好的性能,这个装置却无法提供所需的精确控制。实际上,原型JT9D的一些问题归咎于这样一个事实:发动机控制无法做到发动机所需要的精准的瞬时调整。

FADEC是装在发动机上的像文件包大小的数字式计算机,能够以百万分之几秒的速度计算和调节。这种控制可以让飞行员调定油门后不用操纵,发动机就能根据情况的变化自动调节。FADEC还可以储存数据供以后读取和分析,以免情况恶化酿成重大维修问题,也可将机载飞行诊断系统的报警器和地面站直接实时连接。

FADEC还为另一个重大创新提供帮助,即主动间隙控制。电脑可以在几毫秒内决定把多少冷却空气送到发动机机匣周围的一系列管路中。随着机匣的热胀冷缩,主动间隙控制功能就使涡轮叶片和机匣之间的间隙控制在人的一两根头发丝大小,从而把各级涡轮周围的燃气泄漏控制在最小范围,这样就大大提高了效率。此外,涡轮叶片有可磨蚀的叶尖,这样它们在发动机机匣内被磨蚀而控制了间隙,也就限制了漏气。

计算机辅助设计的出现有助于制造受控扩散叶片。由于叶片的分离气流大大减少,空气流动效率提高。叶片更厚、更耐用。单晶涡轮叶片更耐久是因为它基本是一种金属晶体,没有传统设计的无数种金属晶体之间的微观边界线。更加坚固的盘件意味着发动机旋转速度比过去提高30%,因此发动机各级做功增加。与早期发动机相比,在推力相同的情况下,发动机级数和部件数就可大大减少。

对于采用很多新技术的PW2037发动机,研制计划进展顺利,1984年3月,在波音757上首飞。每当发动机首飞,对于为此倾尽心血的普惠人来说是一个特别的日子。在当时公司报纸文章中,PW2037项目工程师埃德·多纳休说出了目睹首飞的“造飞机的人”的心声:

我们目不转睛地盯着波音757飞机,看着它滑向跑道,接着起飞,这是多么激动人心的时刻。我们从一开始就与其发动机为伴,从设计到组装、到顺利通过所有地面试验,所以我们知道它能行。亲眼看见它装在飞机上飞向蓝天,那种感觉确实棒极了。

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