这是由Rolls-Royce(英国)、MTU Aero Engines(德国)、FiatAvio(意大利)、Japanese Aero Engine Corporation(日本)和Pratt & Whitney(美国)联合组成的合资公司:“国际航空发动机公司(IAE)”所设计的轴流式高函道比涡扇发动机V2500。其中V代表了5个合作伙伴(虽然FiatAvio在公司刚成立就跑路,嘛,意大利人,不意外),2500则代表了该发动机的标准推力,25000磅。
该发动机开发过程中,由Pratt & Whitney负责了燃烧室及高压涡轮设计,Rolls-Royce负责了高压压气机设计。MTU Aero Engines负责了低压涡轮,但同时因为其深厚的技术能力还负责了该系列发动机的主要售后服务。FiatAvio因为其在齿轮传动研发上的积攒,负责设计将发动机轴马力提供给其他设备使用的齿轮箱组件。而由川崎重工,三菱重工和石川岛播磨重工联合的企业联合体Japanese Aero Engine Corporation,在负责主风扇和低压压气机设计的同时,其开发的精密车窗也是该发动零部件的主要加工工具。
(去航空博物馆,他们把之前的一个全尺寸剖面模型已经挪走了,只好用iae官网的剖面图了,凑合看吧😂)
V2500是空中客车A320客机的一种标配发动机. 航司在购买飞机时一般能随着飞机以折扣进行购买。此时,负责为航司和生产厂谈价的,不是航司自己的采购人员,而是飞机的生产厂家。主要是作为飞机上绝对的大件,能把它的价格谈下来,非常有助于飞机制造商提高折扣把飞机卖出去。而且,你IAE亏本了,管我airbus什么事,因此飞机制造商杀价起来更是毫不手软。一般来说,你会在制造商以产品目录价格的6折-5折购买飞机,而对于发动机,飞机制造商能把价格谈到4折。但对于航司,此时,花钱的事才刚刚开始。今天让我们以发动机为例,来聊一聊航空业的“苹果”,是如何在配件和保养上花式割韭菜的。
一,喷钱式发动机
喷气式发动机通过加热气体使其膨胀来推动涡轮转动进而产生动力。这使得发动机内部的零件要承受极端高温。而学过中学物理的我们都知道,加热金属会让它变得容易被拉扯变形,而在发动机关机冷却后,这些在受热时产生的部分形变和裂纹不会恢复,而是永久保留下来。也就是说每当发动机启停一次,发动机内部零件就会轻微的损坏一点。
对于发动机内部的压气机和涡轮的叶片来说,因为采用了燕尾榫的组合公益,每个叶片的体积得到了控制。这使得制造商可以通过钛金属单晶体铸造技术和为其喷涂耐热陶瓷镀层进行增强和保护,延长其寿命。但对于用来固定这些叶片的轮盘等大型的部件来说,我们只能通过实验统计其变化的趋势,为其设计一个更换周期。这种特性让我们在航空业中将这些零件称为“life limited part“。
以我们刚介绍的2500发动机为例,整机共有25个“life limited part“,包括风扇叶盘,转轴,叶鼓等。当发动机完成20000个工作循环后,这些零件都要整体报废。对于V2500发动机来说,这25个零件的数量只是发动机总零件数量的千分之一,但他们却价值不菲,能占到发动机总价值的50%。
当航司拖着“life limited part“寿命到期的发动机来到了发动机制造商时。此时飞机制造商已经不参与到这个环节中为你谈价,你要面对的是一本崭新的目录价格,而上面数不清的零让你看着就头晕。而航司除了按着目录价格付款以外,没有其他选择。此外,这本目录价格之所以“崭新”是因为它并不是你购买该发动机时的价格表,而是随着通货膨胀率向上浮动后的价格。这往往会导致你当年购买发动机所支付的三百万美金,如今还不够买套life limited part。不仅如此,只包料不包工,安装时间动辄半年,工时费另算。这使得每家航司不得不精准的统计每台发动机的剩余能启动次数,并预估零件更换时间。一遍想办法攒出足够的钱去支付修理费账单。
因此,每次发动机更换了“life limited part“后,其身价都会暴涨。你可能以为这种卖配件4韭菜的方法已经够可以了。但是,发动机制造商总能给你再玩出点新花样。
发动机涡轮叶片通过增强和保护的工艺,理论上可以在循环中独善其身。对于喷气式发动机来说,发动机内的最高温度在燃烧室末端出现。在发动机刚生产出来时,燃烧室的排气温度一般=叶片的耐热极限温度-100度。此时发动机只要消耗额定量的燃油就能达到额定推力把你送上蓝天,但是随着飞行被吸进燃烧室的空中杂物(沙尘,雾霾,小虫子)的打击下,发动机内部会逐渐变得不光滑,空气动力学性能下降,导致发动机的工作效率随着使用时间不断下降,此时发动机的引擎管理系统为了继续达到额定推力,就会命令燃烧室喷射更多燃油来提高功率。但这样做的直接后果就是燃烧室排气温度也会升高,最终随着使用逐渐逼近叶片的耐热极限温度。一般来说,每工作1000个循环,发动机燃烧室的排气温度就会上升8-10度,这样当你运行10000个循环后,燃烧的排气温度会逐渐接近叶片能承受的温度上限。
此时航司需要将发动机拆下,并送到厂家进行清理和恢复。这件事是制造商割韭菜的另一大招数。先不论工程师对部件的每一处细节用超声波探伤系统进行检查所花费的工时费。单是更换一些零件的价格就让人倒吸一口凉气。例如v2500最容易受损的是直面最炽热燃气的一级高压涡轮叶片。这些叶片一片只需2w美金,听起来价格还行,但那个涡轮叶片盘上足足要插84片这些小叶片,每次都至少得换上几片,损失十数万美金。而其余的70多片小可爱也必须要逐个清理并重新进行陶瓷隔热涂层附着,也便宜不到哪去。最后加上燃烧室隔热瓦的更换,进气风道的打磨。一次下来往往也需要掏300-400万美金,才能让发动机的效率提高,燃烧室排气温度恢复到和刚出场差不多。
看了上述的内容你一定也发现了,清洗维护10000循环,life limited part更换20000小时。合着没每隔10,000个循环就要大修一次,花掉数百万美元。这也是正是发动机生产商维持盈利的关键,也是航空公司维修预算三分之一都进了发动机生产商维修部分的原因。
二、排列,组合,与理财
虽然在v2500发动机中,风扇段,压气段和涡轮段的life limited part寿命相同。但大多数发动机的这三段life limited part的寿命并不一致。以也在空客A320上使用的CFM56发动机为例子。它的风扇段life limited part的寿命为30000个循环,压气段life limited part的寿命为25000个循环,而涡轮段life limited part的寿命则是20000个循环。这就让航司的维修部门陷入了排列组合问题。正常情况下不管何时进行大修,其中一部分life limited part都不在最佳性能范围内。
例如,当涡轮段20000循环后寿命到期进行更换并完成叶片性能恢复(每10000恢复一次,20000时刚好轮到)后,压气段的life limited part没有更换但寿命只剩5000循环了,而5000循环后更换压气段后,再过5000循环又得把发动机送回来更换风扇段并完成叶片性能恢复。这使得中间那次进厂更换压气段life limited part花的时间怎么看怎么不划算。
此时为了节省运输费和工时费,航司都开始了各出招数。
方法一、延长发动机性能恢复周期,让发动机能多挺一段时间,这样就可以和压气段的life limited part一起去做了。
比如,使用特制的清洗液喷射到发动机中,浸泡后吹出,如果比较脏可以多洗几遍(怎么看起来像清洗洗衣机😂)。对于我们案例中的CFM56来说,每次清洗完成可以让发动机燃烧室温度下降15度左右,可以为发动机增加1500次循环。
此外,既然是由于发动机为了维持推力燃烧更多的油导致的温度上升,那么只要我们调低推力就可以让发动机温度下降,从而维持更多的循环。例如我们可以将起飞重量较大的客机上面临超温的发动机拆掉,再安装到起飞重量较小的客机上(很多不同大小的客机通用一款发动机),这样就可以通过调低起飞推力来延长寿命。对于货航这种对于成本斤斤计较的公司来说,他们的做法更为极致。他们通过选择让飞机在凌晨最寒冷时执行航班,为的就是降低发动机的进气温度,从而让发动机燃烧室温度下降,以进一步压榨发动机的极限。
但是这样的做法也往往会带来一些弊端。清洗发动机只能去除内部的污渍,并不能避免和修复叶片的损伤。这就是导致了每次发动机进厂进行性能恢复时,都会需要更换更多叶片,花费更多的性能恢复费用。
方法二、提前更换和二手淘换,从而life limited part的寿命匹配性能恢复周期。
这种方法比较复杂,需要在发动机运转10,000循环左右后执行性能恢复工作时,把30000循环寿命消耗10000还剩20,000的风扇段life limited part也给拆下来卖掉,并从二手市场上买一个剩余10,000循环寿命的回来安装上。再过10,000循环后,进厂进行性能恢复。同时把25000循环寿命用了20000剩5000的压气段卖到二手市场,将压气段life limited part和寿命到期的风扇段和涡轮段的life limited part一同全部更换。获得全新的发动机,然后重复以上步骤。
这种方法呢需要每10000次进厂进行维修且需要频繁在二手航材市场进行交易,但每次的花费比较平均。此外,二手零件价格取决于市场的供需关系,如果你精通市场把控,就可以跟买期货一样的进行零件交易与成本控制,给维修工作增添一些理财的乐趣。
三、如何手搓发动机?
每一台航空发动机当数年后的一次发动机life limited part到期而发动机的燃气温度也逼近极限时,高昂的维修费用会让航司放弃治疗,拆解出售发动机。其中发动机控制计算机之类受使用影响较小的设备会在测试后进入二手市场,被称为“turnover parts“。life limited part中到寿到会被执行报废程序,没有到寿的则会进入二手市场。这些零件的实际寿命其实是标称寿命的3-4倍,但出于规则要求和安全考虑,在标称寿命到期后也会通过人工破坏后进行材料拍卖。而叶片由于寿命较长,标准操作是会作为替换件进入储备库,但由于每个报废的发动机上拆下的叶片众多,二手市场通常无法全部吃下,因此大部分也会在破坏后进行材料拍卖。此时,他们的拍卖报价通常将不足之前维修报价的5%。
这也是成本敏感的货航的选择,他们的发动机一般是这家买个涡轮,那家买个叶片。还得注意对门的修理厂要报废的发动机什么时候拆,我们得低价再要个密封圈。每天上班,先看看自己关系比较好的制造商维修厂今天的进厂货单,看看又有什么便宜的玩意儿,能让我再攒出来一台发动机,给门口从飞机坟场低价淘来的747-400安上。因此,如果你天赋异禀,打算手搓发动机,不如提前和这些发动机大修厂建立起深厚的友谊,开始以相对便宜的价格回收每次二手市场无法全部吃不下的待破坏零件。
四、买发动机,送飞机
将发动机以贴着制造成本的售价卖出,然后在未来的十几年中,通过买配件和保养收回研发成本并开始盈利。这是现在飞机发动机制造商的成熟运营方式。对于航司来说,一架全新的A320,一台v2500发动机的价格是300-500w美。但如果是一架运行了多年的A320, 300-500w美也就刚刚够支付一次大修的费用。
![](![](![](![](![](![](如果我们现在要运营一个航司,需要购买A320客机作为机队干线飞机。按照购买手册上的目录价格,一架不包括发动机的A320-233客机约8200w美。一台V2500发动机的目录价格为730w美,两台一共1460w。此时,这两个圆筒占了飞机价格的16%左右。而在15年后,当你打算购进新的飞机,卖掉这架“二手机”回回血时,这架飞机的机体价格已经暴跌到了170w美,而那两个大桶,则价值280w美。如果我们把购买时的折扣也算进去,4100万美买的飞机15年后只值不到5%,而580w美买的发动机,此时还值280w,保值近一半。此时,买发动机,送飞机。