空中巨无霸的心脏——空客A380的发动机
马氏体
04-26 06:53
空客A380是人类有史以来建造过的最大的客机，长72.72米，翼展79.75米，最大起飞重量575吨，三舱布局下可运载500多人。
这架空中巨无霸由4台发动机驱动，可供选择的有两款，分别是美国发动机联盟（Engine Alliance）的GP7200和英国罗尔斯·罗伊斯（Rolls－Royce，罗罗）公司的Trent 900。两者的尺寸和性能相近，推力均达30多吨。
这架展出于法国航空航天博物馆的A380原型机使用的是GP7200发动机。发动机联盟是美国两大航空发动机巨头——通用电气（General Electric，GE）和普拉特·惠特尼（Pratt & Whitney，普惠）50％对50％的合资企业，GP7200是其唯一一款推向市场的产品。
航空煤油和经过压缩的空气在发动机的燃烧室内混合燃烧，产生高温高压燃气，驱动涡轮做功，是发动机的能量之源。GP7200的2级高压涡轮驱动9级高压压气机，构成高压转子，再加上燃烧室构成核心机，由GE提供；6级低压涡轮驱动风扇和5级低压压气机，构成低压转子，由普惠提供。涡扇发动机的解剖请看：效率为王，风扇先行。
虽然展示机的发动机只有个空壳子（机匣），但发动机内/外涵道的构造清晰可见。压气机-燃烧室-涡轮所处的发动机内圈为内涵道，若直接把这股气流喷射出去（涡轮喷气发动机），气体的动能和内能被大量浪费掉，推进效率并不高。在涡轮风扇发动机中，低压涡轮负责汲取燃气的绝大部分能量，传递给最前方的风扇，把进气加压。除了一小部分空气进入内涵道，大部分空气通过发动机外圈的环形空间（外涵道）膨胀喷出，产生发动机的绝大部分推力。流经外/内涵道的空气流量之比被称为涵道比，涵道比越高，说明燃气的能量利用越充分，发动机效率越高。空客A380所用的这两款发动机的涵道比都在8以上，而近些年最新型发动机的涵道比可达10以上。
（展出于法国航空航天博物馆的Trent 900）
罗罗与造豪车的劳斯莱斯同源，1973年被拆分，约定俗成取不同的中文译名。
Trent（遄达）是罗罗的三转子大涵道比涡轮风扇发动机系列，其特征是三转子结构，例如Trent 900从前往后分别是1级风扇、8级中压压气机、6级高压压气机、燃烧室、1级高压涡轮、1级中压涡轮和5级低压涡轮，低、中、高压涡轮分别带动风扇、中压压气机和高压压气机。
三组转子在机械上相互独立，使各部件都能运转在最佳转速，尤其是把低速的风扇和需要高速的压气机分离开（风扇最大转速2900rpm，中压转子8300rpm，高压转子12200rpm），提升工作效率，但也使发动机整体结构更加复杂。
高压涡轮直面高温燃气，温度可达1500℃以上，叶片由镍基高温合金单晶制成，请看：烈火炼雄心——高温合金叶片的精密铸造与加工。
到低压涡轮处，气流温度逐渐降低到1000℃以下（上图为从Trent 900的背后看它的低压涡轮叶片）。在用于空客A350的新款Trent XWB发动机上，最后一级低压涡轮叶片（工作温度约七八百度）采用了中科院沈阳金属研究所研制的钛铝合金叶片（请看：“模”与“范”——钛铝合金叶片的精密铸造），相比于传统的镍基高温合金叶片有显著的减重效果。
风扇叶片尺寸巨大，要求轻质、高强，还要具备符合空气动力学的复杂曲面外形。Trent 900的风扇直径2.95米，由24片空心钛合金叶片组成，采用超塑成形/扩散连接工艺制造。请看：航空发动机的风扇大叶片是如何制造的？
上述两款发动机的核心机都是从最大的双发客机——波音777所用的发动机（上图中的GE90，以及Trent 800）基础上缩小而来。这也是当代民航发动机研发的一个特点：从一款核心机出发，通过尺寸缩放和匹配相应的低压部分，可以获得适用于不同机型的一系列发动机，从而占领更多市场。
空客A380项目集齐了世界三大航空发动机制造商，其中美国的发动机联盟在装机量上略占上风。在西方各个民航飞机项目上，它们或一家独大，或三足鼎立，或合纵连横，几乎不可撼动。
2005年，A380这一人类航空工业的奇迹首次飞上蓝天，但成也萧何败也萧何，巨大的体型带来高昂的运营成本压力，使它在商业上并不成功。
（德国慕尼黑机场的汉莎航空A380，慕尼黑机场是欧洲客流量排名第十的机场，汉莎航空以14架的订购量成为欧洲最大的A380用户）
只有最繁忙的超级枢纽机场之间的航线才能“喂饱”它容量大于500人的客舱，但四台先进发动机再怎么省油，终究比不过尺寸上小一号的波音777、空客A350-1000（三舱布局载客300-400人）这类双发客机。波音787、空客A350-900（还有未来的C929）这类尺寸适中（载客300人左右）、航程远、油耗低的新一代双发客机不仅降低了运营成本，还能更灵活地应用于许多大中型机场之间的直飞航线，让乘客免去转机之苦，成为民机市场上的新宠。2021年，因为缺乏订单，空客停产A380，总产量定格在251架，远远未收回项目成本。它曾经超越的对手——“空中女皇”波音747也于2022年停产，结束了她55年累计生产1574架的传奇。
（江山代有才人出，请看：空中的复合材料之王——空客A350XWB复合材料机身浅析）
从四发到双发，航空发动机技术的发展带来更强劲的动力、更高的可靠性、更低的油耗，是国际航空工业格局洗牌的幕后推动力之一。
先进航发的研制道阻且长。我们曾经望尘莫及，如今看到了望其项背的希望。只要坚定地走下去，我相信未来我们必将闯出自己的广阔天地！
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