El Rolls-Royce RB211 es una familia británica de motores turbofan 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 motores aeronáuticos a un líder mundial.
Desarrollado originalmente para el Lockheed L-1011 TriStar , entró en servicio en 1972 y era el motor exclusivo para impulsar el L-1011. La mala gestión del desarrollo inicial y los consiguientes problemas de costes condujeron 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 consideró que el motor tenía capacidad para al menos 50 años de desarrollo continuo. [1] [2] En 20 años, el RB211 fue reemplazado, en 1989, por 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-medio alcance centrado en operaciones de bajo costo por asiento. Mientras buscaban un avión bimotor, los fabricantes de aviones necesitaban más de un cliente para justificar el desarrollo de un nuevo avión de pasajeros. Eastern Airlines había expresado interés, pero necesitaba un mayor alcance y necesitaba operar rutas largas sobre el agua. En aquel momento, esto exigía tres motores para proporcionar redundancia. Otras aerolíneas también prefirieron 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 unos 300 pasajeros en una configuración de fuselaje ancho con dos pasillos.
El McDonnell-Douglas DC-10 de fuselaje ancho era representativo de las innovadoras tecnologías de aviones y motores de avión que entonces estaban adoptando los fabricantes de fuselajes estadounidenses y europeos para proporcionar a las aerolíneas aviones de gran capacidad de carga y de corto/medio a largo alcance. Estos aviones de gran capacidad eran necesarios para hacer frente a los importantes aumentos en el número de pasajeros y el tráfico aéreo que entonces pronosticaba la industria. En Europa, organizaciones privadas y gubernamentales habían llevado a cabo estudios conceptuales de aviones de pasajeros de gran capacidad desde finales de los años cincuenta y principios de los sesenta. Muchos de los estudios realizados por las compañías de aviación se centraron en un avión de 200 a 300 asientos, con un alto rendimiento de ciclo que se basó en la utilización de la nueva tecnología revolucionaria del motor aeronáutico de alta relación de derivación. [4]
Entre 1964 y 1967, el examen de Hawker Siddeley de los requisitos de British European Airways (BEA) produjo el HS.132 de 160 asientos y el HS.134 de 185 asientos; ambos ofrecían la perspectiva de una reducción del 25 al 30% en los costos de asientos-milla en comparación con los aviones que entonces estaban en servicio. 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 de tres motores de primera generación. [5]
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 empresa siguió adelante con el proyecto y, bajo la dirección de Adrian Lombard, construyó el demostrador de doble carrete. Los costos totales de desarrollo del RB.178 fueron de £2,6 millones. A modo de comparación, las empresas GE y P&W recibieron casi 20 millones de dólares del Departamento de Defensa de EE. UU. para desarrollar y construir los demostradores de tecnología TF39 y STF200. [5]
El RB.178 se construyó sobre la base de las ventajas económicas y confiables inherentes al Conway y, dada la herencia de ese motor, el rendimiento del nuevo motor parecía seguro. El RB.178 (designado serie 16) parece haber sido el motor propuesto para el Vickers Superb DB.265 ( VC10 ), con cuatro motores impulsando el avión transatlántico de alta capacidad. [5]
Quizás haya muchas razones por las que fracasó el RB.178. El principal de ellos fue que Boeing se negó a ofrecer el motor Rolls-Royce en el 747. [6]
El RB.178 fue cancelado en mayo de 1966 y en junio de 1966, Rolls-Royce indicó que no quería pelear 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 cubría empujes que van 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 central eléctrica estructuralmente integrada (góndola). [5]
Ambos aviones también requirieron motores nuevos. 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 posteriormente 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, fuera cancelado en favor del programa RB211. [7]
Rolls-Royce también estaba trabajando en una serie de diseños de triple carrete [8] como reemplazo del Conway, que prometía ofrecer una mayor eficiencia. En esta configuración , tres grupos de turbinas hacen girar tres ejes concéntricos separados para alimentar 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 puesto en funcionamiento un motor de demostración de doble carrete para probar los diseños de compresor, cámara de combustión y sistema de turbina HP. Rolls-Royce eligió el sistema de triple carrete en 1965 como el más simple. La solución más económica 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 un RB207 reducido 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 lb y a un precio de 511,000 dólares cada uno. [9]
En febrero de 1968, American Airlines había elegido el Rolls-Royce RB.211 para impulsar su pedido de hasta 50 McDonnell-Douglas DC-10. El 7 de marzo de 1968, el corresponsal de The Times en Washington escribió sobre un intento del Congreso de bloquear la oferta de Rolls-Royce para suministrar motores para el proyectado Airbus de los Estados Unidos. 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 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 eligiera un fabricante estadounidense. Su queja fue que "durante las conversaciones entre representantes de las compañías aéreas y el Gobierno británico no se proporcionó información suficientemente equilibrada sobre la posición del Gobierno americano respecto a la compra de motores extranjeros". Al Congreso de Estados Unidos le preocupaba que la importación de motores extranjeros provocara un déficit de pagos de 3.800 millones de dólares y la pérdida de entre 18.000 y 20.000 puestos de trabajo. [5]
El 23 de junio de 1967, Rolls-Royce ofreció a Lockheed el RB211-06 para el L-1011 . El nuevo motor debía tener una potencia de 33,260 lbf (147,900 N) de empuje y características combinadas de varios motores que entonces estaban en desarrollo: el diseño grande de alta potencia y alto bypass del RB207 y el diseño de triple carrete del RB203. [10] A esto se agregó 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 respecto a un ventilador similar fabricado en titanio y dio al RB211 una ventaja sobre sus competidores en términos de relación potencia-peso . A pesar de saber que el calendario era complicado para un motor que incorporaba estas nuevas características, Rolls-Royce se comprometió a poner en servicio el RB211 en 1971. [11]
Lockheed consideró que el nuevo motor permitía al L-1011 ofrecer una clara ventaja sobre el producto DC-10, que de otro modo sería 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 empuje de 35.400 lbf (157.000 N) del RB211 denominada RB211-10. Siguió un período de intensas negociaciones entre los fabricantes de aviones Lockheed y Douglas, los proveedores de motores Rolls-Royce, General Electric y Pratt & Whitney , y las principales aerolíneas estadounidenses. Durante este tiempo, los precios se negociaron a la baja y se aumentaron los índices de empuje requeridos. A principios de 1968, Rolls-Royce ofrecía un motor de empuje de 40.600 lbf (181.000 N) denominado RB211-18. El 29 de marzo de 1968, Lockheed anunció que había recibido pedidos de 94 TriStar y realizó un pedido a Rolls-Royce de 150 juegos de motores denominados RB211-22. [11] [12]
La complejidad del RB211 requirió un largo período de desarrollo y prueba. En otoño de 1969, Rolls-Royce luchaba por cumplir las garantías de rendimiento a las que se había comprometido: el motor tenía un empuje insuficiente, pesaba demasiado 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 hizo añicos cuando se disparó hacia ella un cadáver de pollo a alta velocidad como parte de la prueba de ingestión de aves. [13] La empresa había estado desarrollando una hoja de titanio como seguro contra dificultades con Hyfil , pero esto significó un costo adicional y más peso. [14] También trajo sus propios problemas técnicos cuando se descubrió que sólo un lado del tocho de titanio tenía la calidad metalúrgica adecuada para la fabricación de hojas. [ cita necesaria ]
Además, el proyecto sufrió un revés con la muerte del ingeniero jefe Adrian "Lom" Lombard en julio de 1967, una pérdida que se describió como que Rolls-Royce había sido "privado de uno de los mejores ingenieros de resolución de problemas de la industria". [15]
"Era demasiado obvio que los ingenieros del 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, fue arrancado tan repentinamente de ellos en 1967. Su muerte había dejado un vacío que nadie podría llenar..." – Stanley Hooker [16] [17]
En septiembre de 1970, Rolls-Royce informó al gobierno que los costes de desarrollo del RB211 habían aumentado a 170,3 millones de libras esterlinas, casi el doble de la estimación original. Los costos de producción estimados excedieron ahora el precio de venta de £230,375 de cada motor. [11] El proyecto estaba en crisis. [18]
En enero de 1971, Rolls-Royce se había declarado insolvente y el 4 de febrero de 1971 fue puesto en suspensión de pagos , [nota 1] poniendo 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. [19]
Como Lockheed se encontraba en una posición vulnerable, el gobierno británico exigió que el gobierno estadounidense garantizara los préstamos bancarios que Lockheed necesitaba para completar el proyecto L-1011. Si Lockheed (que a su vez estaba debilitada por las dificultades) hubiera fracasado, el mercado para el RB211 se habría evaporado. A pesar de cierta oposición, el gobierno de Estados Unidos proporcionó estas garantías. [20] 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 sanciones por entrega tardía y aumentó el precio de cada motor en £ 110 000. [21]
Hugh Conway (director general de RR Gas Turbines), convenció a Stanley Hooker para que dejara su retiro y regresara a Rolls-Royce. [22] [23] Como director técnico, dirigió un equipo de otros jubilados, incluidos Cyril Lovesey y Arthur Rubbra , para solucionar los problemas restantes en el RB211-22. El motor finalmente se certificó el 14 de abril de 1972, [24] 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. [25]
Hablando de un banquero famoso en relación al RB211:
"Nosotros (Rolls-Royce) añadimos un cero a su estatura; él solía pensar que 5 millones de libras eran mucho dinero, pero después de unas semanas con el RB211 llegó a comprender que 50 millones de libras son una miseria". –Stanley Hooker. [26]
La fiabilidad inicial en servicio del RB211 no fue tan buena como se esperaba debido al enfoque del programa de desarrollo en cumplir las garantías de rendimiento del motor. Las primeras entregas fueron del modelo RB211-22C, ligeramente reducido respecto al modelo -22B posterior. Un programa de modificaciones durante los primeros años de servicio mejoró considerablemente 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 desarrollarse para proporcionar 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, [27] fue designada RB211-524 y podría impulsar nuevas variantes del L-1011, así como el Boeing 747 .
Rolls-Royce intentó sin éxito vender el RB211 a Boeing en la década de 1960, pero el nuevo -524 ofrecía importantes mejoras de rendimiento y eficiencia con respecto al Pratt & Whitney JT9D que Boeing había seleccionado originalmente para propulsar el 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 ordenar esta combinación que entró en servicio en 1977. Flight International declaró en 1980:
"La importancia que las aerolíneas conceden al ahorro de combustible queda subrayada por la adopción por parte de Qantas de la potencia 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 Los RB211 quemaron aproximadamente un 7% menos de combustible que su flota equipada con JT9D, un ahorro de alrededor de 1 millón de dólares al año por avión, a los precios actuales". [28]
Rolls continuó desarrollando el -524, aumentando su empuje a 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 de aerolíneas notables se incluyen Qantas , Cathay Pacific , Air Nueva Zelanda , Cargolux y South African Airways . Cuando Boeing lanzó el 747-400 más pesado, se requirió más empuje, y Rolls respondió con el -524G con un empuje de 58.000 lbf (260 kN) y luego el -524H con 60.600, ambos introduciendo una góndola de capó completo con mezclador forzado de tolva profunda como ya presente en el -535E4. [29] Estas fueron las primeras versiones que incluyeron FADEC . Posteriormente, GE y Pratt & Whitney adoptaron este modelo 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 Trent sucesor , se descubrió que podía adaptar el sistema HP mejorado del Trent 700 al -524G y al -524H. Estas variantes eran más ligeras y ofrecían una mayor eficiencia de combustible y emisiones reducidas; [30] fueron designados -524G-T y -524H-T respectivamente. También fue posible actualizar los motores -524G/H existentes a la configuración -T mejorada, y varias aerolíneas lo hicieron. [31]
El -524 se volvió cada vez más confiable a medida que fue desarrollado, [32] y el -524H logró la aprobación ETOPS de 180 minutos en el 767 en 1993. Un RB211 puede tener un consumo de combustible específico de empuje de alrededor de 0,6 lb/(lbf·h). [33]
El -524L, iniciado en 1987 para permitir un mayor crecimiento en el mercado del A330 y 777, fue rediseñado más ampliamente; las considerables diferencias incorporadas llevaron al motor a recibir finalmente el nombre de Trent , bajo el cual el desarrollo del nombre ha continuado. [27]
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A mediados de la década de 1970, Boeing estaba considerando diseños para un nuevo avión bimotor que reemplazaría a su exitoso 727 . A medida que el tamaño del avión propuesto crecía de 150 pasajeros a 200, Rolls-Royce se dio cuenta de que el RB211 podía adaptarse reduciendo el diámetro del ventilador y quitando la primera etapa del compresor IP para producir un motor con los 37.400 lbf (166.000 N) necesarios. ) empuje. La nueva versión recibió la designación RB211-535. El 31 de agosto de 1978, Eastern Airlines y British Airways anunciaron pedidos del nuevo 757 , propulsado por el -535. Designado RB211-535C, el motor entró en servicio en enero de 1983. Esta fue la primera vez que Rolls-Royce proporcionó un motor de lanzamiento en un avión Boeing. El presidente de Eastern Airlines, Frank Borman, calificó al -535C como "el mejor motor de avión del mundo". [34]
En 1979, Pratt & Whitney lanzó su motor PW2000 , afirmando una eficiencia de combustible un 8% mejor que el -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. Si bien no era tan eficiente como el PW2037, era más confiable y silencioso. Las diferencias visibles incluyen una cubierta larga sin boquilla de chorro que sobresalga más allá del conducto de derivación. La mezcla parcial de los flujos de aire frío y caliente se realiza en la boquilla integrada o común. [35] También fue el primero en utilizar un aspa 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 propulsados por el -535E4, citando el bajo ruido del motor como un factor importante: era la primera vez desde el TriStar que Rolls-Royce recibía un pedido importante. de una aerolínea estadounidense, y condujo al posterior dominio del mercado del -535E4 en 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 esto fue Buenas noticias tanto para Rolls-Royce como para Boeing.
Después de obtener la certificación para el 757, el E4 se ofreció en el avión ruso Tupolev Tu-204-120 , que entró en servicio en 1992. Esta fue la primera vez que un avión ruso recibió motores occidentales. [36] Boeing también propuso el -535E4 para rediseñar el B-52H Stratofortress , reemplazando los ocho TF33 del avión con cuatro de los turbofan. A finales de la década de 1990 se llevaron a cabo nuevas mejoras del -535E4 para reducir las emisiones, tomando prestada la tecnología desarrollada para el Trent 700 . [37]
Muchos consideran que el -535E4 es un motor extremadamente confiable [38] 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 generación de energía terrestre , y en 1974 se lanzó el RB211 industrial. Cuando llegó el -524 poco después, sus mejoras se incorporaron en el RB211 industrial que fue designado RB211-24. El generador se desarrolló gradualmente a lo largo de los años siguientes [39] y todavía se comercializa hoy como una gama de generadores que producen entre 25,2 y 32 MW. [40] Muchas de sus instalaciones se han realizado en las industrias de producción de petróleo y gas en alta mar.
Se derivó una turbina de gas avanzada de 25 MW clase WR-21 Intercooled Recuperated (ICR) para propulsión marina.
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El -535E4 fue el primer motor en incorporar un ventilador hueco de cuerda ancha sin amortiguador [nota 2] para mejorar la eficiencia. Utilizó materiales avanzados, incluido titanio en el compresor HP y compuestos de carbono en la góndola . Los motores posteriores incorporan algunas características (por ejemplo, FADEC ) de modelos mejorados del -524.
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