航发江湖的三国时代，“大发”带你去瞧瞧（三）
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民用涡扇航空发动机近半个世纪的江湖争雄史确凿无疑地证明，无论何家何派，想在航发江湖上混，只有拥有属于自己的独门秘笈，方能始终笑傲江湖。
话说天下大势，分久必合，合久必分。
观众朋友们大家好，我是“大发”版“易中天”。
在前一回中，我们感受了航发江湖的风雨往事，在这一回中，我们来八一八航发江湖三大巨头的那些事。
正如上一回中所说，航空发动机产业是顶级玩家的竞技场。数十年来，航空发动机江湖风云际会，却终究是应了隆中对里“天下三分有其一”之说，至少到现在，一段航空发动机产业发展史，其实就是航空发动机三巨头的三国时代。
三大航空发动机巨头
他们是：
魏：通用电气航空集团（简称GE航空），其作为通用电气集团的主要子公司之一，背靠工业界的头号大佬，数十年来挟天子以令诸侯，在一代伟雄曹孟德，咳咳，一代雄主杰克·韦尔奇励精图治之下，实力最为雄厚，如今已是半壁江山在握。
蜀：罗尔斯·罗伊斯航空发动机公司（简称罗罗公司），其本是帝室之后（大英帝国的亲儿子），无奈近年来帝室日渐衰微，刘皇叔素有重振汉室之宏愿，却历经坎坷（在70年代差一点破产），终究奇兵突起，以三转子技术重新占得一席之地。
吴：普拉特·惠特尼公司（简称普惠公司），其在早年十八路诸侯勤王时即已贵为刺史，除传统强项军机外，他曾是全球民机市场绝对的霸主，可惜后来偏安于江东一隅，逐步被竞争对手们后来居上。再后来，普惠公司痛定思痛、卧薪尝胆，终于在近年携齿轮传动风扇发动机技术王者归来。
看到这里，各位看官是否感觉对以上三家诸侯的名字有那么一丢丢熟悉？没错，这三家都可谓出身名门。
大名鼎鼎的GE公司自不用说，普惠公司则是美国工业巨头联合技术公司的骨干企业。
罗罗公司虽然并不隶属于任何大型产业集团，但多数看官也应该对他的另一个中文译名“劳斯莱斯”十分熟悉，如今他们已经选择将这个汽车中的贵族品牌出售，专注于以航空发动机业务为核心的装备制造产业。
罗罗公司曾以生产豪车闻名于世（图片来自于网络）
当然，除了这三巨头之外，法国斯奈克玛、德国MTU公司也是重要的后起之秀，随着斯奈克玛公司与GE公司合资研制的CFM-56系列发动机取得巨大成功，该公司也有望在未来发展成为三巨头之外的重要一极。
数据显示，在2013年交付的干线飞机发动机达到2598台，其中一半以上选装了CFM国际公司（GE与法国斯奈克玛公司的合资公司）生产的CFM-56发动机。紧随其后的是IAE公司（罗罗与普惠的合资公司），全年共交付442台发动机，排名第三至五位的则分别是GE、罗罗和普惠公司，前五位制造商占据了市场份额的95%以上。
一架转配这CFM-56发动机的A320飞机准备起飞（图片来自于网络）
从这个数据可以看出，民用航空发动机市场呈现出很显著的寡头垄断特征，竞争主要集中在三大巨头之间。
可能细心的看官也已经发现，排名前两位的制造商都属于巨头们组建的国际合资公司，这也是民用航空发动机产业高投入、高风险的特点所决定的，促使巨头们利用自己的技术优势与其他公司联合开发新的发动机产品。
既竞争又合作，最终都是为了尽一切可能扩大自身的是市场份额，这就是民用航空发动机江湖的“三国时代”。
下面，我们就来八一八三大巨头的前生后世和花边事。
GE公司与CFM国际：分久必合的典范
如果各位看官乘坐过国内航线的飞机，那么你乘坐的飞机有一半以上的几率是搭载着CFMI公司提供的CFM-56发动机。
之所以取名为CFM-56，其中CF是通用电气民用风扇发动机的英文缩写，M56则是指斯奈克玛公司的第56个发动机项目。
这个发动机的短舱上印刻着CFMI的LOGO哦，有兴趣的小伙伴在下次登机时可以留意一下。
装载在空客A320飞机上的CFMI飞机（图片来自于网络）
数据显示，作为史上最成功的民用航空发动机系列（没有之一），截止2014年，共有18124台CFM-56发动机装配在8889架飞机上飞行，占到全球目前干线飞机机队总量的40%。有人做过一个统计，每过3秒钟，就有一架装载着CFM-56发动机的客机从世界各地的机场起飞。
一架空客A320飞机正在发动机的强劲推动下起飞（图片来自于网络）
这个型号在普惠公司统治世界民用航空发动机市场（市场份额约占90%）的1970年代启动。
由于一系列市场（空中客车公司的发动机选型）、政治（两国政府高层的推动）以及技术原因的机缘巧合，雄心勃勃、希望进入民用航空发动机市场的GE公司与斯奈克玛公司最终走到了一起，组成了50：50的完全对等的CFMI公司。
当时，统治市场的普惠JT系列发动机属于涵道比较小的涡扇发动机。说到涵道比，可以在这里小小地介绍一下，请看下图。
进入发动机的空气经过风扇（最左边那个大叶轮）搅动增压后，空气分子大军就分道扬镳了。
大多数（上面浅蓝色这一股）空气经过上面比较宽的通道直接向后喷出并产生向前的推力，这部分空气构成了大涵道比涡扇发动机的主要动力，称为外涵道。
另一股较少的空气则从下面这个比较“窄”的通道流入，其任务主要是通过核心机产生高温燃气，推动最后面的低压涡轮工作，再通过低压轴带动最前面的风扇转动，说白了就是一个电风扇的驱动器，这股气流被称为内涵道。
外涵道空气流量比上内涵道空气流量，这就是传说中的涵道比啦，这个比值越大，航空发动机越省油。
因此，GE公司的目标就是要以一种全新的较高涵道比的航空发动机来挑战普惠公司的霸主地位。
在一开始，包括两家公司高层在内的人都未曾预料到这一型号发动机能取得如此巨大的成功，事后再去回顾，会发现这是一系列主客观因素的产物。
首先是技术。
这一发动机的成功基石是当时世界上最先进的核心机——由GE公司研发的F101军用发动机的核心机。在这里说明一下，所谓核心机，是指航空发动机的高压压气机、燃烧室、高压涡轮三大部件，他们在一起又被称为“燃气发生器”，顾名思义，其作用就是产生高温、高压、高速的燃气。
核心机在发动机中的位置（图片来自于网络）
说到这股“气”大家可能就好理解了（详情请见第二期内容），从人类发明第一台蒸汽机开始，吭哧吭哧地努力了这么多年，其实就是在千方百计地利用高温气体干活。对已发动机来说，高温燃气不仅可以推动发动机内的转动部件作功，还能向后喷出从而产生向前的动力。
有了一台好的核心机，不仅能以此为基础衍生发展出各种不同推力甚至用途的航空发动机，还能直接改型为船用动力和燃气发电机组。因此，正如航空发动机被称为“飞机的心脏”，核心机则称得上是“发动机的心脏”。
言归正传，正是由于核心机的极端重要性，在整个合作过程中，GE公司都是以“黑匣子”的形式提供其核心机的技术资料，就是为了确保其核心竞争力的绝对安全。
正是由于有了F101军用发动机高性能、高可靠性的核心机技术作为基础，再由拥有雄厚军用发动机研发实力的斯奈克玛公司承担风扇、低压涡轮及其他附属系统的设计工作，才保证了CFM-56发动机在技术上的先进性。
其次是投资与风险的共担。
在第二期中曾经说过，现代航空发动机的研制不是在烧钱，而是在烧金砖！同时，其巨大的技术难度、较长的研发周期也为整个系统工程的实施带来了较大的风险。
在论证进军民用大涵道比发动机市场的可能性时，斯奈克玛一位领导人曾说：“如果我们单干那简直就是发疯。”对于哪怕是行业巨头们来说，也意味着巨大的经济与技术风险。
在各自独立研制一款全新的大涵道比民用发动机都无把握的情况下，两家公司的强强联合很好地分担了这些风险并实现双赢。
GE公司由于只用提供几乎是现成的核心机，因此在该项目上的投资相当少，并借助法国合作伙伴赢得了在空中客车项目中的主动权，打响了进军民用市场的第一枪。
斯奈克玛公司在技术上借助了GE公司成熟的核心机作为基础，从而使其快速拿出一款有竞争力的大涵道比民用发动机的计划得以实现，虽然承担了更多的研制经费，连他们自己也承认“这是应该付出的代价”。
正在试车的CFM-56发动机（图片来自于网络）
甚至在政治上，美国与法国企业的联合也使得他们得以同时在波音和空客两家飞机巨头的订单竞争中保持“近水楼台先得月”的优势。
最后是科学的组织管理。
在项目研制和后续持续运营管理方面，CFMI公司也称得上是业界最为成功的典范。
由于是完全对等的合资公司，双方在研发、制造、销售上都是按这一原则严格划分、各自负责的。小编忍不住吐槽，如果这是一对夫妻这么干，估计男的难逃跪搓衣板的宿命。
CFMI公司用简洁的组织模式解决了配合难题。合资公司机构极为精简（雇员不到50人），其作用是统一调配资源并为顾客提供单一联系点，所有重要决策都在双方协商下做出决策。
在工作分配方面，双方秉承一个原则，就是合作的一方随时可以要求另一方证明其负责的技术是产品线上最好的；此外，通过在两国各建立了一条装配线，各自将制造好的单元体运往对方国家装配，解决了技术保密的问题。
最重要的是，双方约定按照收入进行平均分配而不是利润共享，这就使得利润是随着各自公司的效率而变化的，这也促使双方真正下力气去挖掘潜力、提升效率。
CFMI公司为国际航空发动机巨头间的强强联合树立了一个良好的标杆，在这一模式巨大成功的带动下，后来陆续出现了IAE（罗罗、普惠、菲亚特、MTU、日本发动机公司合资）、发动机联盟（普惠、GE）等诸多联合体，正式拉开了江湖大联盟的时代。
CFM-56系列的巨大成功也令GE公司于斯奈克玛公司走上了世界民用航空发动机市场的中心舞台，同时也令合作双方在技术能力上受益匪浅。
GE公司除了凭借CFM-56发动机在窄体客机市场独占鳌头之外，还不断扩展宽体客机发动机市场，其研制的GE90-115B发动机是目前推力最大（127,000 磅）的飞机动力装置，其直径（3.43米）甚至比大家最常乘坐的波音737飞机机身直径（3.4米）还要大。大家通过下面领略一下这块巨无霸的魅力吧。
GE90-115B发动机（图片来自于网络）
在GE90发动机的基础上，GE公司还于近年推出了新一代大推力发动机GEnx，整台发动机使用了复合材料风扇叶片、钛铝合金低压涡轮叶片、TAPS燃烧室等新一代前沿技术，油耗比其准备替代的CF-6发动机降低了15%。这款发动机可是波音787“梦想”飞机的动力哦，我们也来一睹英姿吧。
安装在波音787飞机上的GEnx发动机（图片来自于网络）
罗罗公司：差一点破产的航发巨头
最近很多同学表示一个月在股市里亏掉了一辆劳斯莱斯，其实长期以来，航空发动机才是罗尔斯·罗伊斯公司的主业。
作世界三大航空发动机企业之一，罗罗公司这样绝顶高手也有过马失前蹄的时候，在他的身上，发生过一次前所未有的乌龙事件。
上世纪70年代初，罗罗公司独辟蹊径，投入全部资源开展了全新的RB-211大涵道比三转子发动机研制工作，由于技术准备工作不充分，导致项目比预想中进行得困难地多。最终，这个项目的巨额投入使得罗罗公司濒临破产。
RB-211三转子发动机（图片来自于网络）
如果是一个普通的企业，这个故事就这样戛然而止了，最后空留一声叹息。但谁让罗罗公司是我大英帝国的骄傲呢，于是，亲妈出手了。
英国女王（图片来自于网络）
英国政府在第一时间出手，将罗罗公司收归国有，并最终支持其完成了世界上第一台三转子发动机的研制工作。
那么问题也来了，什么叫三转子？和我们常说的双转子发动机又有什么区别呢？
首先我们来回忆一个小细节，大家应该都吹过电风扇。
电风扇（图片来自于网络）
使用电风扇有一个最基本的规律，就是叶片转得越快，我们得到的凉风越大，我们也称之为叶片对空气做功越多。
大家都知道，我们的发动机是典型的叶轮机械，为了增加每一排叶片对空气的做功量，我们也需要叶片排的旋转速度越快越好。
叶片通过转动对空气做功
当然，这个所谓的“快”是有上限的。
我们举一个跑步的例子，当两个人同时跑完一圈时，如果他们并驾齐驱，那么实际上跑外圈的人要比跑内圈的人速度快。
这个道理同样适用于叶片，其最大旋转线速度出现在叶尖的位置，在相同的转速下，叶片的半径越大，叶尖的速度越快。当这个部位的速度大大超过音速时，就会带来很多的麻烦，其中最主要的就是激波，他会带来能量的损失，请注意下面这张图，当飞机贴近海平面超声速飞行时，由于水汽充足，就能看到一个明显的波阵面哦。
超音速飞行的飞机带起的激波（图片来自于网络）
因此，我们可以得出一个结论，叶片的转速是受最大叶尖速度限制的，而最大叶尖速度与半径有关，并不是越快越好。
让我们回到发动机本身，这是传统的双转子发动机。
传统双转子发动机（图片来自于网络）
这种发动机分为高压和低压两根轴，我们就以低压轴为例，后面红色这部分叫低压涡轮，他会在高温燃气推动下旋转，再通过轴去带动前面那个瘦长个（风扇）和矮胖子（低压压气机）转动。
问题来了，按照我们前面说的，叶片半径越长，叶片顶部的速度越大，因此，这根轴的旋转速度实际上被这个瘦长的风扇限制住了。
低压压气机不服啊！明明我可以转得更快一点，多干点活，却只能消极怠工，跟着前面这个笨大哥慢悠悠地转着了。对于这种发动机来说，过多的低压压气机级数增加了重量，明显不是最优化的选择。
于是罗罗公司一不做二不休，再加一根轴！这样就有了高压、中压、低压三套系统。
三转子发动机（蓝、黄、黑三色标出，图片来自于网络）
大家看出来了吧？每根轴上连着的都是差不多高的叶片，这下大家终于能转个痛快了。
当然，在本来就十分拥挤的发动机里再增加一根轴，本身就极大的增加了发动机本身的复杂性，因此三转子技术更加适合应用于大尺寸发动机，即大型宽体客机的动力装置上。
当年在研制RB-211发动机时，罗罗公司就是由于没有充分考虑到这种新构型的复杂程度，未充分开展技术验证就充满进入应用阶段，导致了后来的一系列问题，这也再次说明了选择一条符合科学规律的道路之于航空发动机研制的重要性。
同时，正是咬牙完成RB-211发动机的研制，才正式奠定了罗罗公司在现代民用航空发动机江湖中的大佬地位。
之后，在该发动机基础上发展起来的“遄达”系列发动机同样大获成功，帮助罗罗公司在当前的宽体客机发动机市场中占据领先地位。
目前，罗罗公司正利用三转子技术优势持续发展其“遄达”系列发动机，持续巩固自身在宽体客机发动机市场的领导地位。
最后，我们来介绍一下“遄达”系列中的几个明星，Trent-900发动机是目前世界上最大的宽体客机A380的动力装置，该型飞机共使用了4台Trent-900发动机作为动力。
装载在空中客车A380上的Trent-900发动机（图片来自于网络）
Trent-1000发动机是波音787“梦想”飞机研制可选动力装置之一，罗罗公司与GE公司将在这一明星机型上展开正面竞争。这里再多说几句，为一型飞机选择2个可选发动机是飞机制造商的通用做法，选择权可是把握在上帝——航空公司的手中哦。
所以，在这个行业，你的发动机到底行不行，是客户用脚来投票的。
Trent-1000发动机安装在波音787上（图片来自于网络）
普惠公司：神奇的齿轮
作为昔日民用发动机的市场老大，普惠公司曾经引领世界民用发动机的发展。该公司用于窄体客机的JT8D发动机曾创下了产量近12000台的世界纪录。
曾经的王者——JT8D发动机（图片来自于网络）
但是，风水轮流转。由于对竞争者威胁估计不足，普惠公司未在70至80年代及时对其窄体飞机发动机进行更新换代，其市场地位逐步被CFM-56发动机取代，几乎被挤出了民用发动机市场。
如何挽回颓势？普惠公司花了20多年时间卧薪尝胆，憋出了一个大招——齿轮传动风扇发动机PW1000G。
PW1000G“静洁动力”发动机（图片来自于网络）
资料显示，相对于现役的民用发动机，PW1000G发动机油消耗降低15%，维护成本降低20%，噪音降低75%，污染物排放降低50%，同时拥有世界级的可靠性。
数据看起来很牛的样子，那么这款发动机到底牛在哪呢？
其实道理很简单。
和我们之前在介绍三转子发动机时提到的一样，要解决的还是前文中“瘦长个”和“矮胖子”一块转的问题。这一次，聪明的攻城狮们想到的，是在他们俩之间增加一个变速器。
变速箱示意图（图片来源于网络）
这下好了，原来彼此间天天闹别扭的哥俩终于解脱了，都可以在最适合自己的转速下快乐地撒欢了。
由于解决了风扇与增压级之间的转速匹配问题，使得PW1000G发动机在部件整体级数、重量上优势明显，从世界民用航空动力发展趋势看，齿轮传动风扇发动机与其他正在发展中的新概念技术相比，成熟度高，具有较大的优势，是未来极具潜力的发展方向，并呈现出巨大的市场应用前景。
可能有的同学会问，加一个减速器这么简单的办法，怎么大家都不用呢？
事实上，适用于航空发动机的减速器在使用功率上要远远大于日常生活中广泛使用的减速器，再加上航空发动机精密的零部件系统对减速器提出的极高使用要求。即使以普惠公司及其母公司在直升机传动系统等方面多年积累的技术基础，也花费了10多年的时间才最终实现减速器的性能达标。（关于这款减速器的技术特点，将在后续的机械系统篇章中详细论述，作者是位美女噢，现在这打个广告，大家敬请期待）
功夫不负有心人，凭借着出色的性能表现，PW1000G一经推出即受到业界追捧。目前PW1000G发动机已经获得超过5000台的储备订单，在新一轮窄体客机发动机换装竞争中领先于竞争对手——CFMI公司推出的Leap系列发动机。
PW1000G发动机受到业界热捧（图片来自于网络）
作为曾经的王者，普惠公司虽然因一时战略决策失误导致了市场地位的丢失，但其能及时作出调整，并选择这样一条独辟蹊径的道路来夺回曾经的王座，这种战略决断力和韧性本身就值得我们学习。
普惠公司多年的浮沉经历也证明，在航发江湖中，一型发动机既可以让你登上王座，也可以让你彻底出局，要在激烈的竞争中存活下来，必须至少掌握一两门独门武功。
这也是我们的江湖
三国争霸上演了数十年，却远远未到分出胜负、三家归晋的时候。
虽然这个竞技场中的玩家就那么几个，但激烈的竞争一刻都未停止过。进入21世纪后，国际航空发动机市场的竞争更趋激烈，当我们还在为GE公司和CFMI公司的巨大成功而感慨时，普惠公司已经携齿轮传动风扇技术王者归来；即使是凭借三转子技术独步宽体客机市场的罗罗公司，也受到了来自GE公司强有力的挑战。
归根到底，不论是GE公司在1970年代通过下决心研制高涵道比涡扇发动机将普惠落下王座，还是罗罗公司和普惠公司另辟蹊径，以三转子技术和齿轮传动技术这样的独门武功争雄江湖。任何成功的背后，最终比拼的都是彼此产品在技术上的硬实力，都是巨头们审时度势、按照科学规律进行产业布局的结果。
兵书云，战阵之上，以奇胜、以正合。
对于我国刚刚起步的民用航空发动机产业来说，巨头们过去数十年来的兴衰成败能带给我们的最直接启示，就是技术永远是王道，“打铁还须自身硬”，在世界航空发动机市场群雄争霸的战场上，练好内功、拥有几手“撒手锏”是必要的生存条件。
商发自成立以来，围绕我国民用航空发动机产业发展，一方面积极利用国内外资源，以先进的技术指标为牵引推进国产发动机产品研制，另一方面，主动布局民用航空发动机试验测试、维护大修等基础能力，搭建符合国际潮流的技术与管理体系，利用国内外研发资源积极储备前沿技术，都是为了练好内功，能够在将来直面国际市场波诡云谲的竞争挑战。
航发江湖也是“大发”的战场，我们期待成为主角的那一天。
本期责编：赵诗棋