探秘世界發(fā)動機(jī)劇透——羅爾斯剖析

1、揭秘世界發(fā)動機(jī)巨頭羅爾斯 羅伊斯公司引言：1903年，萊特兄弟打開了人類的航空之門，實現(xiàn)了無數(shù)人翱翔藍(lán)天的夢想。百年來，人類的航空工業(yè)不斷發(fā)展，形式各樣的航空器層出不窮，這其中離不開航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展和進(jìn)步。今天我們就一起來認(rèn)識一下世界三大航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商之一-Rools-Royce(羅爾斯 羅伊斯，以下簡稱羅羅公司）。羅羅公司概況羅羅公司概況英國羅爾斯˙羅伊斯公司是一間百年老店，以燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)為核心，活躍在民用航空、國防、船舶和能源四個環(huán)球市場上。羅爾斯˙羅伊斯產(chǎn)品中最著名的是軍用和民用發(fā)動機(jī)，它是全球第二大軍用發(fā)動機(jī)和第二大民用發(fā)動機(jī)制造商。對汽車了解的人看到

2、下面這個標(biāo)識，一定非常熟悉。是的，羅羅公司的logo和知名汽車品牌勞斯萊斯一樣，這是因為它們是由Rolls-Royce Limited(1906年建立)于1973年分拆而來，“勞斯萊斯”和“羅爾斯˙羅伊斯”均由英文Rolls-Royce翻譯而來。如果說波音和空客是干線客機(jī)領(lǐng)域的雙寡頭，通用動力(GE)和羅羅則是干線客機(jī)發(fā)動機(jī)市場的一對大鱷，其客戶包括600多家航空公司、2000多家船舶公司等，中國國航、東方航空等國內(nèi)航空公司均是其客戶。羅羅公司是世界領(lǐng)先的大型民用飛機(jī)和商務(wù)機(jī)的航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商之一。羅羅公司是世界第二大國防航空發(fā)動機(jī)供應(yīng)商。2014年、2015年榮登財富美國50

3、0強(qiáng)公司榜單。2014年關(guān)鍵財務(wù)數(shù)據(jù)年關(guān)鍵財務(wù)數(shù)據(jù)羅羅公司主要由航空航天部、陸地和海洋部兩大部門組成。羅羅公司航空航天分部生產(chǎn)大型民用飛機(jī)和商務(wù)機(jī)的航空發(fā)動機(jī)，有超過 50種類型的飛機(jī)發(fā)動機(jī)應(yīng)用在民用和國防領(lǐng)域，有超過29,000部引擎正在服役。目前，羅羅公司在現(xiàn)代寬體飛機(jī)發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域，占據(jù)全球市場50%的份額。羅羅公司陸地與海洋分部包含動力系統(tǒng)(PowerSystems)、海洋(Marine)和核(Nuclear)。羅羅公司的動力系統(tǒng)業(yè)務(wù)包括世界知名的 MTU 系列往復(fù)式發(fā)動機(jī);海洋業(yè)務(wù)上已有超過25,000船只上安裝了它們的設(shè)備。羅羅公司在核動力潛艇推進(jìn)器上有55年的經(jīng)驗，且核業(yè)務(wù)還在不

4、斷發(fā)展。羅羅公司羅羅公司民用發(fā)動機(jī)代表產(chǎn)品民用發(fā)動機(jī)代表產(chǎn)品 RB211系列RB211系列發(fā)動機(jī)是羅羅公司研制生產(chǎn)的高涵道比三轉(zhuǎn)子軸流式渦扇發(fā)動機(jī)。于1972年投入使用，發(fā)動機(jī)的推力為 37400- 60600 磅，并且 RB211 發(fā)動機(jī)是世界上最早的三轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。主要型號有 RB211- 524 和RB211- 535 分別用于 Boeing 747- 300 和Boeing 757 等飛機(jī)。Trent系列系列Trent系列發(fā)動機(jī)是羅羅公司研制生產(chǎn)的高涵道比三轉(zhuǎn)子軸流式渦扇發(fā)動機(jī)。Trent系列發(fā)動機(jī)是在RB211系列發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，于1990年8月投入使用，發(fā)動機(jī)的推力為5300

5、0-95000磅。主要型號有Trent500、Trent700、Trent800、Trent900、Trent1000和TrentTWB。分別用于A340- 500、 A340- 600; A330; 777- 200、 777- 200ER、 777-300; A380; Boeing 787 等飛機(jī)。TrentXWBTrentXWB發(fā)動機(jī)是羅羅公司研制的高涵道比三轉(zhuǎn)子軸流式渦扇發(fā)動機(jī)，用于A350飛機(jī)。設(shè)計推力分別為 75,000 磅(適用于 A350- 800)、 84,000 磅(適用于 A350- 900) 及 97,000 磅(適用于 A350- 1000)。V2500V2500發(fā)

6、動機(jī)是由國際航空發(fā)動機(jī)公司(IAE)研制生產(chǎn)的高涵道比雙轉(zhuǎn)子軸流式渦扇發(fā)動機(jī)。IAE于1983年成立，由四家航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商合資而成，包括普惠公司(負(fù)責(zé)燃燒室及高壓渦輪部分)、羅羅公司(負(fù)責(zé)高壓壓氣機(jī)部分)、日本航空發(fā)動機(jī)公司(負(fù)責(zé)風(fēng)扇及低壓壓氣機(jī)部分)和MTU發(fā)動機(jī)公司(負(fù)責(zé)低壓渦輪部分)。于1988年投入使用，發(fā)動機(jī)的推力為25000- 28000 磅，適用于 A320 系列飛機(jī)。羅羅公司其它發(fā)動機(jī)代表產(chǎn)品羅羅公司其它發(fā)動機(jī)代表產(chǎn)品軍用發(fā)動機(jī)：應(yīng)用于“鷂”及“海鷂”垂直/短距起降飛機(jī)上的“飛馬”(Pegasus)系列可轉(zhuǎn)噴口渦扇發(fā)動機(jī);應(yīng)用于“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)上的RB199發(fā)動機(jī);應(yīng)用于“鷹”

7、200多用途戰(zhàn)斗機(jī)上的英、法合作研制的阿杜爾(Adour)雙軸渦扇發(fā)動機(jī);應(yīng)用于AMX戰(zhàn)斗機(jī)上的斯貝(Spey)發(fā)動機(jī);歐洲“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)選用的國際合作研制的EJ200渦扇發(fā)動機(jī);應(yīng)用于C-130以及C-27運輸機(jī)上的艾利遜AE2100渦槳發(fā)動機(jī)(單臺推力4475千瓦);應(yīng)用于E-2C預(yù)警機(jī)上的艾利遜T56渦槳發(fā)動機(jī)(單臺推力3803千瓦);應(yīng)用于MB339和IAR-99“鷹”高級噴氣教練機(jī)上的“毒蛇”系列渦噴發(fā)動機(jī)(推力范圍11.119.4千牛)。 直升機(jī)發(fā)動機(jī)： 應(yīng)用于貝爾407以及波音MD600N直升機(jī)上的艾利遜Model 250渦輪軸發(fā)動機(jī)(推力范圍313533千牛); 應(yīng)用于RAH-

8、66直升機(jī)上的T800渦軸發(fā)動機(jī); 諾姆(Gnome)和吉姆(Gem)渦輪軸發(fā)動機(jī); 國際合作的RTM322和MTR390渦輪軸發(fā)動機(jī)。航空發(fā)動機(jī)與新材料那些事兒航空發(fā)動機(jī)的特點是體積小,功率大,各部件的工作條件嚴(yán)酷，特別是轉(zhuǎn)動件在不同的溫度、載荷、環(huán)境介質(zhì)(空氣，燃?xì)?下工作，大多須用比強(qiáng)度高、耐熱性好和抗腐蝕能力強(qiáng)的材料制造。航空發(fā)動機(jī)的使用期限不盡相同,軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)一般為1001000小時;民用機(jī)發(fā)動機(jī)甚至要求1萬小時以上,所用材料的組織和性能須保持長時間穩(wěn)定。航空發(fā)動機(jī)早期采用鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼和不銹鋼等制造;后期為適應(yīng)增加發(fā)動機(jī)推力、提高飛機(jī)飛行速度的需要，鈦合金、高溫合金和

9、復(fù)合材料相繼得到應(yīng)用。 鈦合金是一種重要的新型結(jié)構(gòu)材料，具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性強(qiáng)等特點。鈦合金主要用于飛機(jī)及發(fā)動機(jī)的制造材料，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片、發(fā)動機(jī)罩、排氣裝置等零件以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件。 俄羅斯VSMPO-AVISMA公司與英國羅爾斯˙羅伊斯公司(簡稱羅羅公司)簽訂了3.0億美元的合同，向羅羅公司供應(yīng)各類鈦加工材及半成品，主要包括鈦合金盤件、環(huán)件等，合同有效期將至2025年。 2013年6月29日，羅羅公司向中國科學(xué)院金屬研究所頒發(fā)鈦鋁母合金供方質(zhì)量認(rèn)證證書，金屬所從而成為全球首家通過羅羅公司該項認(rèn)證的機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金材料

10、用量占發(fā)動機(jī)總量的40%-60%。在航空發(fā)動機(jī)上，高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件，其中鑄造高溫合金主要用于導(dǎo)向葉片和渦輪葉片，粉末冶金高溫合金主要用于渦輪盤，變形高溫合金主要用于燃燒室;此外，高溫合金還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。渦扇發(fā)動機(jī)要達(dá)到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增壓比、提高熱效率，渦輪前溫度是衡量熱效率的一個重要指標(biāo)，對材料的承溫能力要求也因此逐漸提高。為滿足材料承溫能力和力學(xué)性能的要求，高溫合金在成分和工藝上不斷研發(fā)改善，已經(jīng)經(jīng)歷了從等軸晶，到柱狀晶，再到單晶的發(fā)展歷程。目前，全球每年消費高溫合金材料近28 萬噸，市場規(guī)模達(dá)1

11、00 億美元。全球范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)航空航天用高溫合金的企業(yè)不超過50 家，主要集中在美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國。發(fā)達(dá)國家一般將涉及航空航天應(yīng)用領(lǐng)域的高溫合金產(chǎn)品作為戰(zhàn)略軍事物資，很少出口。英國的鑄造合金技術(shù)世界領(lǐng)先，代表性的是國際鎳公司的Nimo 合金，后來羅羅公司又研制了定向凝固和單晶合金SRR99、SRR2000 和SRR2060 等，其研制的高溫合金主要用在航空發(fā)動機(jī)制造方面。特殊鋼特殊鋼可依需求用在航空發(fā)動機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的輪盤和葉片上，對于應(yīng)用條件較好的發(fā)動機(jī)，高壓轉(zhuǎn)子的輪盤和葉片可用耐熱鋼制造。發(fā)動機(jī)的前機(jī)匣也可用鋼或鈦合金制造。寶鋼特材成功冶煉供羅羅公司的發(fā)動機(jī)材料用鋼，

12、各項性能指標(biāo)均滿足用戶要求。寶鋼特鋼先后通過了羅羅公司的質(zhì)量管理體系審核，產(chǎn)品、技術(shù)的評審，現(xiàn)場危害性評估檢查的改進(jìn)和完善，已成功成為英國羅羅公司的合格供應(yīng)商名錄中的一員。復(fù)合材料盡管羅羅認(rèn)為其空心鈦風(fēng)扇葉片仍然具有競爭力，但隨著風(fēng)扇直徑的日益增大和材料經(jīng)濟(jì)性不斷提升，“是時候使用復(fù)合材料風(fēng)扇了”，新材料的使用預(yù)計會讓每臺發(fā)動機(jī)的重量減輕750磅。UltraFan發(fā)動機(jī)還將采用可變距葉片技術(shù)，新型超薄短艙設(shè)計等全新技術(shù)。UltraFan發(fā)動機(jī)中壓渦輪的旋轉(zhuǎn)部件將采用鈦鋁合金材料，而燃燒室噴嘴等靜止部件將采用陶瓷基復(fù)合材料(CMC)。其實早在2008年，羅爾斯˙羅伊斯公司就開始布

13、局復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研發(fā)，它和 GKN Aerospace 公司成立了一家合資公司，研發(fā)復(fù)合材料在航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片中的應(yīng)用。羅羅公司的“Advance”和“UltraFan”發(fā)動機(jī)將采用碳纖維/鈦風(fēng)扇葉片，同時在高溫組件中使用陶瓷基復(fù)合材料。去年(2014年)，羅羅公司應(yīng)用于Advance 和UltraFan發(fā)動機(jī)的碳鈦合金復(fù)合材料風(fēng)扇葉片進(jìn)行了首次裝機(jī)試飛，標(biāo)志著該項目達(dá)到又一里程碑。在位于美國亞利桑那州圖森市的羅羅747飛行試驗臺上，碳鈦合金風(fēng)扇葉片機(jī)組首次在遄達(dá)1000 “供體”發(fā)動機(jī)上裝機(jī)試飛。羅羅公司新工藝探索3D打印ALM技術(shù)俗稱3D打印技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過

14、電子束將金屬粉末融化，并嚴(yán)格的一層一層地按照藍(lán)本構(gòu)造成復(fù)雜的形狀。它主要用在工業(yè)建設(shè)中較小的部分。然而，羅˙羅已經(jīng)使用“未來的項目和技術(shù)”來“建立更大的組件”，艾倫˙紐比首席工程師說?！斑@是一個提升我們未來競爭力的關(guān)鍵技術(shù)，”他說。“我們發(fā)展得很快，技術(shù)有很多潛力”。羅羅公司早就透露，準(zhǔn)備利用3D打印技術(shù)制造其噴氣式發(fā)動機(jī)的零部件，以加快生產(chǎn)速度并制造更多輕型零部件。2015年，羅羅公司通過與英國制造技術(shù)中心(MTC)所屬的新國家増材制造中心合作，利用3D打印出了有史以來首個最大的民用航空發(fā)動機(jī)組件。該公司打印的組件是遄達(dá)XWB-97發(fā)動機(jī)的前軸承，使用鈦合金，

15、直徑1.5米長大小類似于拖拉機(jī)輪胎。該組件不是整體的，包含的48個氣動形狀的葉片組件也是采用増材制造技術(shù)。參與該項目的還有謝菲爾德大學(xué)和3D打印專家Arcam公司。Arcam公司的電子束的儀器被用于生產(chǎn)葉片。MTC對鈦粉進(jìn)行分析，結(jié)果可供在組裝之前評估組件的完整性，這對于了解如何回收鈦粉和如果識別工藝過程中的缺陷有重要意義。羅羅公司供應(yīng)鏈40天引擎計劃一個航空發(fā)動機(jī)需要數(shù)十萬個零件，每天這些零件從世界各國生產(chǎn)出來，運輸?shù)缴a(chǎn)線進(jìn)行總裝，而其中任何一個零件的缺貨、任何一條生產(chǎn)線的失誤，都可能讓這個集團(tuán)的生產(chǎn)處于停滯狀態(tài)。據(jù)悉，羅羅公司每年要投入55億英鎊來改造供應(yīng)鏈，并且在未來幾年，羅羅甚至計劃

16、把供應(yīng)鏈每年的投資提高到80億英鎊。目前，羅羅的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)由全球70個國家的8000多家供應(yīng)商組成。在航空制造業(yè)這樣一個高端精益化生產(chǎn)的行業(yè)，羅羅是如何順應(yīng)市場改造它龐大的供應(yīng)鏈?知名的羅羅“40天引擎計劃”又是什么呢?2000年，羅羅發(fā)動了40天引擎計劃，顧名思義，就是讓客戶從下發(fā)訂單到接收貨物只需要40天。這看起來有點不可思議，畢竟在當(dāng)時，訂單的交貨周期有260天，甚至一年半之長但是這一切確實在改變著。1 縮短交付時間“40天引擎計劃”要求供應(yīng)商盡可能壓縮交貨時間;對內(nèi)，它則重新組織了生產(chǎn)流程。簡而言之，就是讓采購、運輸、生產(chǎn)集成和發(fā)貨等部門彼此溝通，達(dá)到無縫連接。羅羅從一個引擎的設(shè)計源頭

17、開始就減少零件和生產(chǎn)流程，以求壓縮直接供應(yīng)商的數(shù)量。這樣的好處是可以給予每一家供應(yīng)商更大的采購額，幫助它們用規(guī)模效益來為羅羅提供更低廉的價格和更完善的服務(wù)。2 精選供應(yīng)商羅羅與8000多家生產(chǎn)和非生產(chǎn)性供應(yīng)商以及多家戰(zhàn)略合作伙伴有業(yè)務(wù)往來，向他們購買所有東西，從工廠鑄型和鑄造成品部件所用的原材料，到加工部件和成品部件、壓縮機(jī)、變速箱、電氣系統(tǒng)和傳感器等等。為保證業(yè)務(wù)的正常開展，羅羅還購買了多種多樣的服務(wù)，從物流和運輸，到IT支持和設(shè)施管理等。其產(chǎn)品制造成本中，約70%用于購買全球供應(yīng)商的產(chǎn)品和服務(wù)。但是供應(yīng)商并非多多益善。對于每個新的發(fā)動機(jī)項目，羅羅要挑選約100家公司作為直接供應(yīng)商在大約十年

18、前，該數(shù)字一度達(dá)到了250家左右。壓縮供應(yīng)商的好處顯而易見。一是供應(yīng)鏈過于繁雜會影響到交付效率，此外，更少的供應(yīng)商可以讓羅羅能夠密切把控其生產(chǎn)速度和質(zhì)量。在不同的部件上，羅羅超越傳統(tǒng)的采購視野，分別采用了尋找與供應(yīng)商的共同利益采購策略(與川崎重工的利益共享)，改變優(yōu)化需求性質(zhì)采購策略(關(guān)注新興創(chuàng)新替代產(chǎn)品)，推動供應(yīng)商競爭和提升采購策略(成發(fā)的供應(yīng)商的自我提升)，這些比單純的戰(zhàn)略采購更加有效。3 信息流追蹤龐大的銷售網(wǎng)絡(luò)也隨之帶給羅羅一個新的難題：在快速響應(yīng)客戶需求之后，客戶更關(guān)心的問題在于，如何實時追蹤自己訂購的產(chǎn)品?隨著客戶提出越來越高的需求，羅羅意識到改善信息流迫在眉睫。最終羅羅啟動SAP作為供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，簡單而言，它的作用是讓生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售整合到同一個信息平臺上，彼此之間可以完全看到對方信息。具體而言，羅羅的信息平臺上設(shè)立了一個訂單管理中心，供應(yīng)商輸入交貨日期、交貨數(shù)量等，羅羅在世界各地的工廠和生產(chǎn)線就能同享這些信息，并