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罗尔斯·罗伊斯康威

罗尔斯·罗伊斯RB.80康威是世界上第一款投入使用的涡轮风扇发动机，罗尔斯·罗伊斯于1940年代即开始研发，但于1950年代后期才投入使用，直至被其他涡扇发动机取代。康威发动机主要用于胜利者式轰炸机、维克斯VC10、波音707-420和道格拉斯DC-8-40，其名称源于威尔士的康威河（威尔士语：Afon Conwy），罗尔斯·罗伊斯的其余喷气发动机亦以河流命名（如以特伦特河命名的遄达系列）。

RB.80康威
Conway
RCo.17 Mk201型
类型 涡轮风扇发动机
制造商 劳斯莱斯有限公司
使用机种 波音707
道格拉斯DC-8
胜利者式轰炸机
维克斯VC10

发展

背景

早期的喷气式发动机尾气流速及温度均高于理想状态，难以提供足够的推力，对部分能量的利用可能提升引擎的燃油效率。涡轮螺旋桨发动机就是这样一个例子，它通过一系列的涡轮级数回收排放废气中的能量以驱动螺旋桨。然而，涡桨发动机效率较高，但使用涡桨发动机的飞机最高速度一般只能达到500英里每小时（800千米每小时；430节），这意味着在高效率的涡桨与高速的涡喷之间仍有发展空间。450英里每小时（720千米每小时；390节）与700英里每小时（1,100千米每小时；610节）间正是多数商业喷射机的速度范围。

发动机涵道的概念在喷气发动机的设计初期即已产生。20世纪30年代，艾伦·阿诺德·格里菲斯（英语：Alan Arnold Griffith）在皇家航空研究院与海恩·康斯坦（英语：Hayne Constant）研究轴流喷气式发动机时即提出了数个涡扇发动机的设计。弗兰克·惠特尔成立的Power Jets公司亦研究了数个涵道构造。然而，由于战时对喷气式发动机的需求，涡扇发动机的研发被迫推迟，构造更简单且可较快引进的涡轮喷气发动机被用于战争中。二战结束后的1946年，罗尔斯·罗伊斯认为已有的发动机（如罗尔斯·罗伊斯埃文（英语：Rolls-Royce Avon））已经足够先进，此时可以开始研发新型飞机发动机（如涡扇发动机）。

在涡扇发动机中，部分增压空气从燃烧室和涡轮通过，再推动空气通过这些结构的外侧，并从发动机尾部流出，形成高速喷射的气流，产生推力。温度较低的空气由于未经燃烧室加速，在发动机后部的流速低于喷出的气体，而喷气速度与飞机的空速接近且受周边大气影响，从而提高发动机的弗劳德效率。涡扇发动机相比涡喷发动机而言减小了燃油消耗，喷出的热气亦被低速冷空气环绕，从而减小噪音。罗尔斯·罗伊斯将这一设计称为“涵道涡喷发动机”（Bypass Turbojet）。

格里菲斯提议以埃文发动机及另一种试验性喷气式发动机罗尔斯·罗伊斯特威德（AJ.25 Tweed）的部件制造一台纯试验性的涡扇发动机。1947年4月，一个推力5,000-英磅力（22,000-牛顿）的设计方案被提出，数月之后被改造成一个推力更大（达9,250-英磅力（41,100-牛顿））的设计，以满足维克斯勇士式轰炸机（英语：Vickers Valiant）2型的发动机需求。同年10月，这一设计被命名为RB.80并开始制造。

早期型号

罗尔斯·罗伊斯在研发康威型发动机时决定增加双转子压缩机，这一设计后来常见于涡扇发动机中。早期的飞机发动机构造包括数级压缩机、数级涡轮、二者间的连接轴及轴周围的燃烧室。这一排列在机械方面较为简单，但压气机效率低。理想状态下，压气机的每一级需以单独速度运行才能保证压气机的最大效率。多转子设计作为折中方案，首次用于布里斯托尔奥林匹斯（英语：Rolls-Royce Olympus）涡喷发动机，[1]压气机分为数个“转子”，以在数个通过同心轴连接的涡轮驱动下接近效率最高时的速度。由于四转子以上的设计在机械上过于复杂，双转子和三转子的设计较为常见。

当时的新设计包括两级涡轮驱动的四级低压压气机和另外两级涡轮驱动的八级高压压气机，这一设计在英国装备部（Ministry of Supply）的代号为RCo.2，于1950年1月完成设计，首台RCo.2发动机于1952年7月初次运行，推力10,000英磅力（44,000牛顿）。当时，低级别的勇士轰炸机方案被弃置，第一台RCo.2发动机也成为该型号的最后一台，运行时间仅133小时，但“完美运转”。[2]

RCo.2设计不久即得以改进。1952年10月，英国皇家空军与维克斯签订了维克斯V-1000（英语：Vickers V-1000）喷气式战略运输机的合约，维克斯亦计划发展这一运输机的客机版本，称之为VC-7。V-1000的设计类似于加大版的哈维兰彗星型，但采用了与勇士轰炸机类似的机翼，并且增加了后掠翼设计。该机发动机亦与彗星型一样附在机翼上，需要的发动机横截面积较小，限制了发动机可用的涵道数。然而这一机型需要更大的动力以支持230,000英磅（100,000千克）的总重，罗尔斯·罗伊斯因此提出了推力更大的RCo.5型号。

新型号与RCo.2相似，但低压压气机增至六级，高压压气机增至九级，分别通过两级涡轮和一级涡轮驱动。第一台RCo.5发动机于1953年7月开始运转，1955年8月以13,000英磅力（58,000牛顿）的推力通过了型号认证。然而维克斯在建造了V-1000的样机之后即取消这一计划。

量产版本

康威型在被亨德里·佩奇用作胜利者式轰炸机B.2型的发动机之后得以复活，取代了早期型号的阿姆斯特朗薛利蓝宝石（英语：Armstrong Siddeley Sapphire）涡喷发动机。罗尔斯·罗伊斯设计了推力更大的RCo.8型号，其最大推力为14,500英磅力（64,000牛顿），1956年1月首次运作。然而其后环加拿大航空要求罗尔斯·罗伊斯在波音707或道格拉斯DC-8上使用康威发动机，而波音和道格拉斯对这一方案都表现了兴趣。罗尔斯·罗伊斯跳过RCo.8，开始开发推力16,500英磅力（73,000牛顿）的RCo.10型，并且为胜利者轰炸机提供RCo.10的军用型号RCo.11。这一新设计与RCo.8的不同之处即在低压压气机前部增设了“第零级”，增加了发动机周围流入的冷空气。RCo.10于1957年8月9日在一架阿弗罗伏尔甘轰炸机上首飞，RCo.11则于1959年2月20日在胜利者轰炸机上首次运转。

康威型发动机在置于翼根时涵道受限，但波音在计算后发现使用康威发动机的707-420可在使用普惠JT4A涡喷发动机的707-320基础上提升8%的航程。1956年5月，环加拿大航空订购了使用康威发动机的DC-8（道格拉斯称之为DC-8-40系列），订购这一型号的亦有意大利航空和加拿大太平洋航空，而使用康威发动机的波音707则收到了英国海外航空、汉莎航空、里约格朗德航空和印度航空的订单。[3]RCo.10型得到了顺利发展，在小部分的试验发动机交付之后，后续订单转换成了推力17,150-英磅力（76,300-牛顿）的RCo.12型，这一型号的设计、建造和试验均在使用RCo.10发动机的飞机试飞完成前完成。这些型号的发动机亦有圆齿形的消音器及可提供最多50%反向推力的推力反向器。

然而使用康威发动机的波音707和DC-8总数仅69架，这一事实的原因在很大程度上是第一批美国产涡扇发动机（尤其是普惠JT3D）的交付使用。即便如此，康威发动机仍然在这些喷气式客机上取得了成功，成为世界上第一款被允许在两次大修间运转10000小时的商业飞机发动机。[4]

罗尔斯·罗伊斯继续研制康威发动机，推出了RCo.15型。该型号与RCo.12相似，但压气机的零级更大，且配有更大的发动机护罩。该型号的巡航燃油消耗增加了3%，起飞推力增至18,500英磅力（82,000牛顿）。RCo.12型发动机在大修期间可改装为RCo.15型。

最终版本

康威系列的最终型号为RCo.42，是罗尔斯·罗伊斯为维克斯VC10单独研发的。由于翼根发动机布局被弃用已久，罗尔斯·罗伊斯增大了零级压气机的直径，以将涵道比从约25%增至60%，推力增至20,250英磅力（90,100牛顿）。该型发动机于1961年3月首次运行，被大部分VC10采用，成为康威型最成功的子型号。后期的VC10则使用RCo.43发动机。

设计

 
英国空旅航空（英语：British Airtours）波音707-436的罗尔斯·罗伊斯康威508发动机

RCo.12康威发动机是一款轴流式涡扇发动机，涵道比较低，约为25%。该型号拥有七级低压压气机，前六级由铝制造，第七级由钛制造。低压压气机后方为九级高压压气机，前七级由钛制造，后两级由钢制造，进气管亦为钛质。燃烧区域则由十个燃烧管组成。高压压气机由一个单级涡轮驱动，采用空气冷却的空心叶片，而低压压气机由双级涡轮驱动。[5]

此发动机在飞机起飞时产生17,150英磅力（76,300牛顿）的推力，重量为4,500英磅（2,000千克），单位推力油耗（英语：Thrust specific fuel consumption）在起飞时为0.712，巡航时为0.87。

1968年，英国海外航空VC10的康威发动机采用了碳纤维复合材料制成的发动机叶片。[6]

型号

RCo.2
RCo.5
RCo.8
RCo.10
RCo.11
RCo.12
RCo.17
RCo.42
RCo.42/1
RCo.43

应用

展出发动机

一台康威发动机在英国皇家空军科斯福德博物馆公开展示。一台切开的康威发动机与另外一些喷气式发动机在苏格兰国家航空博物馆展出。此外，加拿大航空博物馆亦保存着一台康威发动机。

规格（康威型）

概况

  • 类型： 涡轮风扇发动机
  • 长度： 134.21英寸（3,409毫米）
  • 直径： 37.6英寸（960毫米）
  • 净重： 4,500英磅（2,000千克）

组件

性能

参见

参考资料

  1. ^ 存档副本. [2014-08-14]. （原始内容存档于2016-03-05）. 
  2. ^ Kay, pp.113
  3. ^ Kay, pp.114
  4. ^ Rolls-Royce, a century of innovation. [2014-08-14]. （原始内容存档于2006-10-19）. 
  5. ^ 存档副本. [2014-08-14]. （原始内容存档于2018-09-23）. 
  6. ^ 存档副本. [2014-08-14]. （原始内容存档于2014-08-14）. 
  • Gunston, Bill. World Encyclopedia of Aero Engines, 5th Edition. Phoenix Mill, Gloucestershire, England, UK: Sutton Publishing Limited. 2006. ISBN 0-7509-4479-X. 
  • Kay, Antony, Turbojet, History and Development 1930-1960, Vol 1, Great Britain and Germany, Crowood Press, 2007. ISBN 978-1-86126-912-6

外部链接

 
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