El Rolls-Royce RB211 es una familia británica de motores turbofán de alto bypass fabricados por Rolls-Royce . Los motores son capaces de generar de 41.030 a 59.450 lbf (182,5 a 264,4 kN) de empuje . El motor RB211 fue el primer motor de tres carretes de producción y convirtió a Rolls-Royce de un actor importante en la industria de los motores aeronáuticos en un líder mundial.
Originalmente desarrollado para el Lockheed L-1011 TriStar , entró en servicio en 1972 y fue el motor exclusivo para propulsar el L-1011. La mala gestión del desarrollo inicial y los consiguientes problemas de costes llevaron a la nacionalización efectiva de Rolls-Royce Limited , para salvar la fuerza laboral y los negocios de motores importantes para el Reino Unido y muchas otras empresas aeroespaciales y operadoras de aeronaves.
A principios de la década de 1970, la empresa estimó que el motor sería capaz de soportar al menos 50 años de desarrollo continuo. [1] [2] El RB.211 fue renombrado, en 1989, para convertirse en la base de la familia de motores Rolls-Royce Trent cuando el RB211-524L pasó a llamarse Trent. [3]
En 1966, American Airlines anunció la necesidad de un nuevo avión de pasajeros de corto y medio alcance enfocado en operaciones de bajo costo por asiento. Si bien buscaba un avión bimotor, los fabricantes de aeronaves necesitaban más de un cliente para justificar el desarrollo de un nuevo avión de pasajeros. Eastern Airlines había expresado su interés, pero requería un mayor alcance y necesitaba operar rutas largas sobre el agua. En ese momento, esto exigía tres motores para proporcionar redundancia. Otras aerolíneas también estaban a favor de tres motores. Lockheed y Douglas respondieron con diseños, el L-1011 TriStar y el DC-10 respectivamente. Ambos tenían tres motores, alcance transcontinental y capacidad para alrededor de 300 pasajeros en un diseño de fuselaje ancho con dos pasillos.
El McDonnell-Douglas DC-10 de fuselaje ancho era representativo de las tecnologías innovadoras de aeronaves y motores de aviación que estaban adoptando los fabricantes de fuselajes de Estados Unidos y Europa para proporcionar a las aerolíneas aeronaves de gran capacidad de carga y de corto, medio y largo alcance. Estas aeronaves de gran capacidad eran necesarias para hacer frente a los importantes aumentos en el número de pasajeros y el tráfico aéreo que la industria estaba pronosticando en ese momento. En Europa, los estudios de concepto de aviones de pasajeros de gran capacidad habían sido realizados por organizaciones privadas y gubernamentales desde finales de la década de 1950 y principios de la de 1960. Muchos de los estudios realizados por las compañías de aviación se orientaban hacia un avión de 200 a 300 asientos, con un alto rendimiento de ciclo que se basaba en la utilización de la nueva tecnología revolucionaria del motor de avión de alta relación de derivación. [4]
Entre 1964 y 1967, el estudio de los requisitos de British European Airways (BEA) por parte de Hawker Siddeley produjo el HS.132 de 160 asientos y el HS.134 de 185 asientos; ambos ofrecían la posibilidad de una reducción del 25-30% en los costos por asiento-milla en comparación con los aviones que estaban en servicio en ese momento. Ambos diseños habrían utilizado dos motores aeronáuticos Rolls-Royce RB.178 de nueva tecnología de 30.000 lbf para proporcionar un rendimiento operativo superior al de los aviones a reacción de tres motores de primera generación. [4]
Según Cownie, Gunston, Hayward y el Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido (DTI), las raíces del avanzado RB.178 se remontan a 1961, cuando Rolls-Royce inició oficialmente el trabajo en un motor aeronáutico de alta relación de derivación como reemplazo del Conway . La compañía siguió adelante con el proyecto y, bajo el liderazgo de Adrian Lombard , construyó el demostrador de doble bobina. Los costos generales de desarrollo del RB.178 fueron de £ 2,6 millones. A modo de comparación, las empresas GE y P&W recibieron casi $ 20 millones del Departamento de Defensa de los EE. UU. para desarrollar y construir los demostradores de tecnología TF39 y STF200 . [4]
El RB.178 se construyó sobre la base de las ventajas económicas y fiables inherentes al Conway y, dada la herencia de ese motor, el rendimiento del nuevo motor parecía seguro. El RB.178 (denominado serie 16) parece haber sido el motor propuesto para el Vickers Superb DB.265 ( VC10 ), con cuatro motores que impulsaban el avión transatlántico de alta capacidad. [4]
Es posible que haya muchas razones por las que el RB.178 fracasó. La principal de ellas fue que Boeing se negó a ofrecer el motor Rolls-Royce en el 747. [4]
El RB.178 fue cancelado en mayo de 1966 y en junio de 1966 Rolls-Royce indicó que no quería luchar con P&W por el Boeing 747. En septiembre de 1966 Rolls-Royce reveló su decisión de lanzar una familia de motores de tecnología avanzada (ATE) que abarcaba empujes que iban desde 10.000 lbf (RB.203) hasta 60.000 lbf (RB.207). La familia ATE introdujo nuevas tecnologías como la arquitectura de triple eje, una cámara de combustión anular y una planta de energía estructuralmente integrada (góndola). [4]
Ambos aviones también requerían nuevos motores. Los motores estaban atravesando un período de rápido avance debido a la introducción del concepto de alto bypass , que proporcionaba mayor empuje, mejor economía de combustible y menos ruido que los diseños anteriores de bajo bypass. Rolls-Royce había estado trabajando en un motor de la clase de empuje requerida de 45.000 lbf (200 kN) para un intento fallido de introducir un Hawker Siddeley Trident actualizado como el RB178 . Este trabajo se desarrolló más tarde para el RB207 de 47.500 lbf (211 kN) de empuje que se utilizaría en el Airbus A300 , antes de que, con la retirada del Reino Unido del programa Airbus, se cancelara en favor del programa RB211. [5]
Rolls-Royce también estaba trabajando en una serie de diseños de triple carrete [nota 1] como reemplazos para el Conway, que prometían ofrecer una mayor eficiencia. En esta configuración , tres grupos de turbinas hacen girar tres ejes concéntricos separados para impulsar tres secciones del área del compresor que funcionan a diferentes velocidades. Además de permitir que cada etapa del compresor funcione a su velocidad óptima, el diseño de triple carrete es más compacto y rígido, aunque más complejo de construir y mantener. En ese momento se estaba trabajando en varios diseños, incluido un diseño de empuje de 10,000 lbf (44 kN) conocido como RB203 destinado a reemplazar al Spey . El trabajo en el motor de reemplazo Conway comenzó en julio de 1961 y en 1966 se había probado un motor de demostración de doble carrete para probar los diseños del compresor, la cámara de combustión y el sistema de turbina de alta potencia. Rolls-Royce eligió el sistema de triple carrete en 1965 como la solución más simple y de menor costo al problema de obtener un menor consumo de combustible y niveles de ruido reducidos con un ajuste de potencia constante. El trabajo en el RB211 como esencialmente una versión reducida del RB207 comenzó en 1966-7 y se programó que los primeros motores certificados estuvieran disponibles en diciembre de 1970 con un empuje de despegue de 33,260 libras y un precio de $511,000 cada uno. [6]
En febrero de 1968, American Airlines había elegido el Rolls-Royce RB211 para propulsar su pedido de hasta 50 McDonnell-Douglas DC-10. El 7 de marzo de 1968, el corresponsal en Washington de The Times escribió sobre un intento del Congreso de bloquear la oferta de Rolls-Royce de suministrar motores para el proyectado Airbus estadounidense. El representante Robert Taft Jr. de Ohio había reunido oposición debido a un informe de que Rolls-Royce había obtenido la aprobación para el motor. El 9 de marzo de 1968, The Times informó de que el presidente Lyndon Johnson había recibido protestas por escrito de seis senadores y cinco representantes de Ohio y Nuevo México, estados que se beneficiarían si se seleccionaba a un fabricante estadounidense. Su queja era que "no se había proporcionado información adecuadamente equilibrada durante las conversaciones entre los representantes de las aerolíneas y el gobierno británico sobre la posición del gobierno estadounidense sobre la compra de motores extranjeros". El Congreso de Estados Unidos estaba preocupado por que la importación de motores extranjeros resultaría en un déficit de pagos para Estados Unidos de 3.800 millones de dólares y la pérdida de entre 18.000 y 20.000 puestos de trabajo. [4]
El 23 de junio de 1967, Rolls-Royce ofreció a Lockheed el RB211-06 para el L-1011 . El nuevo motor debía tener un empuje nominal de 33.260 lbf (147.900 N) y combinaba características de varios motores que se estaban desarrollando en ese momento: el diseño de gran potencia y alto bypass del RB207 y el diseño de triple carrete del RB203. [7] A esto se le añadió una nueva pieza de tecnología, una etapa de ventilador construida con un nuevo material de fibra de carbono llamado Hyfil desarrollado en la RAE Farnborough . El ahorro de peso fue considerable en comparación con un ventilador similar hecho de titanio, y le dio al RB211 una ventaja sobre sus competidores en términos de relación potencia-peso . A pesar de saber que el calendario era desafiante para un motor que incorporaba estas nuevas características, Rolls-Royce se comprometió a poner en servicio el RB211 en 1971. [8]
Lockheed consideró que el nuevo motor permitía al L-1011 ofrecer una clara ventaja sobre el producto DC-10, que por lo demás era similar. Sin embargo, Douglas también había solicitado propuestas a Rolls-Royce para un motor que impulsara su DC-10, y en octubre de 1967 la respuesta fue una versión de 35.400 lbf (157.000 N) de empuje del RB211, designada RB211-10. A esto le siguió un período de intensa negociación entre los fabricantes de fuselajes Lockheed y Douglas, los proveedores de motores Rolls-Royce, General Electric y Pratt & Whitney , y las principales aerolíneas estadounidenses. Durante este tiempo se negociaron los precios a la baja y se aumentaron los valores nominales de empuje requeridos. A principios de 1968, Rolls-Royce ofrecía un motor de 40.600 lbf (181.000 N) de empuje, designado RB211-18. El 29 de marzo de 1968, Lockheed anunció que había recibido pedidos de 94 TriStars y realizó un pedido a Rolls-Royce de 150 juegos de motores designados RB211-22. [8] [nota 2]
La complejidad del RB211 requirió un largo período de desarrollo y pruebas. En otoño de 1969, Rolls-Royce luchaba por cumplir con las garantías de rendimiento a las que se había comprometido: el motor tenía un empuje insuficiente, tenía exceso de peso y su consumo de combustible era excesivo. La situación se deterioró aún más cuando en mayo de 1970 la nueva etapa del ventilador Hyfil (un compuesto de fibra de carbono ), después de pasar otras pruebas, se rompió cuando se le disparó un cadáver de pollo a alta velocidad como parte de la prueba de ingestión de aves. [nota 3] La compañía había estado desarrollando una pala de titanio como seguro contra las dificultades con Hyfil , pero esto significó un costo adicional y más peso. [9] También trajo sus propios problemas técnicos cuando se descubrió que solo un lado del tocho de titanio tenía la calidad metalúrgica adecuada para la fabricación de la pala. [ cita requerida ]
Además, el proyecto sufrió un revés con la muerte del ingeniero jefe Adrian "Lom" Lombard en julio de 1967, una pérdida que fue descrita como que Rolls-Royce se había visto "privada de uno de los mejores ingenieros de resolución de problemas de la industria". [10]
"Era demasiado obvio que los ingenieros de Derby, normalmente orgullosos y seguros de sí mismos hasta el punto de la arrogancia, habían ido de mal en peor cuando su gran líder, Lombard, les fue arrebatado tan repentinamente en 1967. Su muerte había dejado un vacío que nadie podía llenar..." – Stanley Hooker [9]
En septiembre de 1970, Rolls-Royce informó al gobierno que los costos de desarrollo del RB211 habían ascendido a 170,3 millones de libras esterlinas, casi el doble de la estimación original. Los costos de producción estimados ahora excedían el precio de venta de 230.375 libras esterlinas de cada motor. [8] El proyecto estaba en crisis. [11]
En enero de 1971, Rolls-Royce se declaró insolvente y el 4 de febrero de 1971 fue puesta en quiebra , [nota 4] lo que puso en grave peligro el programa L-1011 TriStar. Debido a su importancia estratégica, la empresa fue nacionalizada por el gobierno conservador de Edward Heath , lo que permitió completar el desarrollo del RB211. [12]
Como Lockheed se encontraba en una posición vulnerable, el gobierno británico exigió que el gobierno de los Estados Unidos garantizara los préstamos bancarios que Lockheed necesitaba para completar el proyecto L-1011. Si Lockheed (que se vio debilitada por las dificultades) hubiera fracasado, el mercado del RB211 se habría evaporado. A pesar de cierta oposición, el gobierno de los Estados Unidos proporcionó estas garantías. [13] En mayo de 1971, una nueva empresa llamada "Rolls-Royce (1971) Ltd." adquirió los activos de Rolls-Royce del Síndico y poco después firmó un nuevo contrato con Lockheed. Este acuerdo revisado canceló las penalizaciones por entregas tardías y aumentó el precio de cada motor en 110.000 libras esterlinas. [14]
Hugh Conway (director ejecutivo de RR Gas Turbines) convenció a Stanley Hooker para que saliera de su retiro y regresara a Rolls-Royce. [9] [15] Como director técnico, dirigió un equipo de otros jubilados, entre ellos Cyril Lovesey y Arthur Rubbra , para solucionar los problemas restantes del RB211-22. El motor fue finalmente certificado el 14 de abril de 1972, [16] aproximadamente un año después de lo planeado originalmente, y el primer TriStar entró en servicio con Eastern Air Lines el 26 de abril de 1972. Hooker fue nombrado caballero por su papel en 1974. [17]
Hablando de un banquero famoso en relación con el RB211:
"Nosotros (Rolls-Royce) le añadimos un cero a su estatura; él solía pensar que 5 millones de libras eran mucho dinero, pero después de unas semanas en el RB211 llegó a comprender que 50 millones de libras no son nada". – Stanley Hooker. [18]
La fiabilidad inicial del RB211 en servicio no fue tan buena como se esperaba debido a que el programa de desarrollo se centró en cumplir las garantías de rendimiento del motor. Las primeras entregas fueron del modelo RB211-22C, ligeramente inferior al posterior -22B. Un programa de modificaciones durante los primeros años de servicio mejoró considerablemente las cosas y, desde entonces, la serie ha madurado hasta convertirse en un motor muy fiable.
Aunque originalmente fue diseñado para el L-1011-1, Rolls-Royce sabía que el RB211 podría ser desarrollado para proporcionar un mayor empuje. Al rediseñar el ventilador y el compresor IP, el equipo de Hooker aumentó el empuje del motor a 50.000 lbf (220 kN). La nueva versión, que funcionó por primera vez el 1 de octubre de 1973, [19] fue designada RB211-524, y podría propulsar nuevas variantes del L-1011, así como el Boeing 747 .
En los años 60, Rolls-Royce intentó vender el RB211 a Boeing sin éxito, pero el nuevo -524 ofrecía mejoras significativas en rendimiento y eficiencia con respecto al Pratt & Whitney JT9D que Boeing había seleccionado originalmente para propulsar al 747. En octubre de 1973, Boeing acordó ofrecer el RB211-524 en el 747-200, y British Airways se convirtió en la primera aerolínea en solicitar esta combinación que entró en servicio en 1977. Flight International declaró en 1980:
"La importancia que las aerolíneas dan al ahorro de combustible se ve enfatizada por la adopción por parte de Qantas del motor RB.211-524 para sus nuevos Boeing 747, el único avión en el que están disponibles los tres grandes ventiladores. Qantas descubrió que los Boeing 747 de British Airways equipados con RB211 consumían aproximadamente un 7% menos de combustible que su flota equipada con JT9D, un ahorro de alrededor de un millón de dólares al año por avión, a los precios actuales". [20]
Rolls-Royce continuó desarrollando el -524, aumentando su empuje hasta 51.500 lbf (229 kN) con el -524C, luego 53.000 lbf (240 kN) en el -524D que fue certificado en 1981. Entre los clientes notables de las aerolíneas se incluyeron Qantas , Cathay Pacific , Air New Zealand , Cargolux y South African Airways . Cuando Boeing lanzó el 747-400 más pesado , se requirió más empuje, y Rolls respondió con el -524G con una potencia nominal de 58.000 lbf (260 kN) y luego el -524H con 60.600, ambos introduciendo una góndola de capota completa con mezclador forzado de canal profundo como ya estaba presente en el -535E4. [21] Estas fueron las primeras versiones en incorporar FADEC . Esto fue adoptado más tarde por GE y Pratt & Whitney para sus motores. El -524H también se ofreció como tercera opción de motor en el Boeing 767 , y el primero de ellos entró en servicio con British Airways en febrero de 1990.
Estos habrían sido los desarrollos finales del -524, pero cuando Rolls desarrolló el motor sucesor Trent , se descubrió que podía adaptar el sistema de potencia mejorado del Trent 700 a los -524G y -524H. Estas variantes eran más ligeras y ofrecían una mejor eficiencia de combustible y reducían las emisiones; [22] se denominaron -524G-T y -524H-T respectivamente. También era posible actualizar los motores -524G/H existentes a la configuración mejorada -T, y varias aerolíneas lo hicieron. [23]
El -524 se volvió cada vez más confiable a medida que se desarrollaba, [24] y el -524H logró la aprobación ETOPS de 180 minutos en el 767 en 1993. Un RB211 puede tener un consumo específico de combustible de empuje de alrededor de 0,6 lb/(lbf·h). [25]
El -524L, iniciado en 1987 para permitir un mayor crecimiento en el mercado del A330 y el 777, fue rediseñado más ampliamente, y las diferencias considerables incorporadas llevaron a que el motor finalmente recibiera el nombre de Trent , nombre bajo el cual ha continuado el desarrollo. [26]
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A mediados de la década de 1970, Boeing estaba considerando diseños para un nuevo avión bimotor que reemplazara a su exitoso 727. A medida que el tamaño del avión propuesto aumentó de 150 pasajeros a 200, Rolls-Royce se dio cuenta de que el RB211 podría adaptarse reduciendo el diámetro del ventilador y eliminando la primera etapa del compresor IP para producir un motor con el empuje necesario de 37.400 lbf (166.000 N). La nueva versión fue designada RB211-535. El 31 de agosto de 1978, Eastern Airlines y British Airways anunciaron pedidos para el nuevo 757 , impulsado por el -535. Designado RB211-535C, el motor entró en servicio en enero de 1983. Esta fue la primera vez que Rolls-Royce había proporcionado un motor de lanzamiento en un avión Boeing. El presidente de Eastern Airlines, Frank Borman, llamó al -535C "El mejor motor de aerolínea del mundo". [27]
En 1979, Pratt & Whitney lanzó su motor PW2000 , afirmando que su eficiencia de combustible era un 8% mejor que la del -535C para la versión PW2037. Boeing presionó a Rolls-Royce para que suministrara un motor más competitivo para el 757 y, utilizando el núcleo -524 más avanzado como base, la compañía produjo el RB211-535E4 de 40.100 lbf (178.000 N) de empuje que entró en servicio en octubre de 1984. Aunque no era tan eficiente como el PW2037, era más fiable y silencioso. Las diferencias visibles incluyen una cubierta larga sin boquilla de chorro que sobresalga del conducto de derivación. La mezcla parcial de los flujos de aire caliente y frío se lleva a cabo en la boquilla integrada o común. [28] También fue el primero en utilizar una paleta de ventilador de cuerda ancha que aumenta la eficiencia, reduce el ruido y brinda protección adicional contra daños por objetos extraños .
Probablemente el pedido más importante del -535E se produjo en mayo de 1988, cuando American Airlines encargó 50 757 equipados con el -535E4, citando como factor importante el bajo nivel de ruido del motor: era la primera vez desde el TriStar que Rolls-Royce recibía un pedido significativo de una aerolínea estadounidense, y condujo al dominio posterior del mercado del -535E4 sobre el 757. Inusualmente, en el momento del anuncio hecho por American, la selección del -535E4 se hizo pública antes de la selección del 757, aunque esta fue una buena noticia tanto para Rolls-Royce como para Boeing.
Después de ser certificado para el 757, el E4 se ofreció en el avión de pasajeros ruso Tupolev Tu-204-120 , entrando en servicio en 1992. Esta fue la primera vez que un avión de pasajeros ruso había sido equipado con motores occidentales. [29] El -535E4 también fue propuesto por Boeing para renovar el motor del B-52H Stratofortress , reemplazando los ocho TF33 del avión con cuatro de los turbofán. Una mayor modernización del -535E4 tuvo lugar a finales de los años 1990 para reducir las emisiones, tomando prestada la tecnología desarrollada para el Trent 700. [ 30]
Muchos consideran que el -535E4 es un motor extremadamente confiable [31] y logró la aprobación ETOPS de 180 minutos en el 757 en 1990.
Cuando Rolls-Royce estaba desarrollando el -22, se dio cuenta de que sería sencillo desarrollar una versión del motor para la generación de energía en tierra , y en 1974 se lanzó el RB211 industrial. Cuando llegó el -524 poco después, sus mejoras se incorporaron en el RB211 industrial, que se denominó RB211-24. El generador se desarrolló gradualmente durante los años siguientes [32] y todavía se comercializa hoy en día como una gama de generadores que producen entre 25,2 y 32 MW. [33] Muchas de sus instalaciones han estado en las industrias de producción de petróleo y gas en alta mar.
Se diseñó una turbina de gas recuperada con intercooler (ICR) clase WR-21 avanzada de 25 MW para propulsión marina.
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El -535E4 fue el primer motor que incorporó un ventilador hueco de cuerda ancha sin amortiguadores [nota 5] para mejorar la eficiencia. Utilizaba materiales avanzados, incluido el titanio en el compresor HP y compuestos de carbono en la góndola . Los motores posteriores incorporaron algunas características (por ejemplo, FADEC ) de los modelos mejorados del -524.
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