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高涵道比涡轮风扇发动机自20世纪70年代初投入使用以来 一直存在风扇转速较低造成低压压气机 (亦称增压级) 与低压涡轮处于不利的转速下工作的窘境，随着涵道比的加大 ，问题显得越来越严重。

这是因为，由叶片榫根与风扇轮盘强度考虑，一般叶尖切线速度不应超过400~450米/ ，但是由于风扇直径大，风扇转速当然较低，但是低压压气机与低压涡轮转子均是与风扇转子连接在一起的，这样，低压压气机与低压涡轮只能在较低的转速下工作，为了满足驱动风扇的功率需要以及发动机总体性能要求的需要，它们的级数必定较多。 6park.com
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在20世纪80年代研制的高涵道比涡扇发动机，涵道比一般5.0左右；90年代中后期研制的发动机涵道比大者达到8.0左右 (GE90)；21世纪初研制的发动机，涵道比达到10.0 ~11.0。

涵道比越大，不仅低压压气机与低压涡轮级数要增多，而且效率低，表1列出普惠公司部分型号发动机的涵道比、 低压压气机级数与低压涡轮级数。 6park.com
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表1普惠公司部分型号发动机的参数

涵道比为6.4的PW4098(见表1)，虽然风扇压比高达1.7~1.8 (普惠公司官方网站公布的数据)，为了达到总压比为42.5的要求，低压压气机采用了多达7级的设计，为当代发动机中级数最多的低压压气机；其低压涡轮也多达7级。

显然，发动机零件数(特别是叶片数)及重量均大大增加。

在风扇转子与由低压压气机及低压涡轮组成的低压转子间，安装一套减速比恰当的减速器，使风扇转子工作于较低的转速，而低压转子工作于高的转速下，即成为齿轮传动的涡轮风扇发动机(GTF)可以很好地解决上述困境。
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现以采用减速比为3：1的减速器的PW1000G为例阐述这种发动机的特点 PW1000G的主要参数也列入表1中。

风扇转速低，可使风扇叶片釆用较低的叶尖切线速度及较低的压比( 约为1.4)，不仅可提高风扇效率，降低噪声值，而且大大提高了叶片的抗外物打击能力。

PW1000G的涵道比高达12.0，这样高的涵道比在传统的发动机中，低压压气机叶尖直径比风扇直径小很多，增压比极小。但在GTF中，低压压气机在高转速下工作，级增压比大，2~3级的低压压气机比传统发动机的5~7级低压压气机的增压比还大因此.
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在PW1000G中，虽然风扇的压比仅为1.4，但仅用3级低压压气机就使发动机的总压比达到45左右，充分说明采用减速器带来的好处。

在PW1000G中，低压涡轮转速高，并选用了它的最佳转速，使低压涡轮工作叶片处于最大允许的叶尖切线速度下，做功量大，大大减少了涡轮的级数。

3级低压涡轮即能驱动涵道比为12的风扇转子，在这传统发动机中是绝对达不到的 (见表1)。

综上所述，采用传动风扇的减速器后，可增加涵道比与总压比，提高低压压气机与低压涡轮的效率，从而能降低耗油率也能降低噪声，是一种能满足“绿色航空”要求的较佳方案。

虽然在发动机中增加了一套减速装置，加大了发动机的重量，但是由于低压转子级数的减少较多，重量也减少较多，综合后，齿轮传动涡轮风扇发动机的重量将低于传统的发动机重量。 6park.com
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减速器的研制

普惠公司在发展用于驱动风扇的减速装置时，充分利用了其兄弟公司西科斯基研制直升机主减速器以及普惠加拿大公司 ( 简称P&WC公司) 发展多型涡轮螺旋桨发动机及涡轮轴发动机减速器的经验及技术，其中，P&WC公司已交付了多型涡轴及涡桨发动机70000多台，而西科斯基公司生产的直升机主减速器的功率最大已达10000shp。


同时，普惠公司还于20世纪80年代投资近3.5亿美元，开展了一项用于传动风扇的减速器的发展、研究工作，取得突破性的进展，当时还研制成了一台传动功率为23860kW（32000shp）、减速比为3:1的减速器，据普惠公司称，该减速器具有体积小(外径仅为0.457米)、重量轻(约150千克，即每100shp重0.98kg)、可靠性高、传动效率高达99.5%等特点。 6park.com
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传动效率高，不仅功率损失小，而且用于冷却、润滑齿轮传动装置的滑油温升仅为27摄氏度，大大减小了用于冷却滑油的散热器的体积。在随后的近20年的不断试验研究中，减速器的设计制造技术更趋完善，完成了较为优化的设计。2009年8月，在最新的减速器耐久性试验中，完成了相当于使用40000多飞行小时的试验，包括模拟飞机起飞状态下的推力 (30000lbf)试验40000个起降循环，其中15000个循环是在最大扭矩及严酷的滑油温度条件进行的，试验完成后，齿轮齿面上加工印痕依然可见，说明齿面磨损极小，因此，此减速装置具有较高的可靠性是可信的，且齿轮的设计是没有寿命限制的。

普惠公司称之为“隐形部件”——意为和其他部件一样的，无须特别关注的部件。 6park.com
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齿轮传动涡扇发动机减速器的原理简单，概念也不新，那么齿轮传动涡扇发动机齿轮传动系统的关键是什么？笔者认为关键是齿轮传动系统的设计参数的确定。

设计参数的确定涉及传动齿轮的材料、齿型、公差、磨损容许量、设计极限等，以及整个减速器的性能极限、效率目标和耐久性等。而且，低压转子和风扇之间的减速器必须是柔性连接的。对于选定的减速器的设计参数，要进行大量的实验和验证，要有专门的齿轮系统试验设备，试验设备要具有模拟飞行状态和运行特性的能力。


实验和验证的种类多，时间长，这也从另一侧面解释了普惠公司在齿轮传动涡扇发动机的研发上花费较长时间和巨额金钱的原因。普惠公司在减速器的研发上已经历了数代，时间超过20年，才将最新一代的减速器应用到了齿轮传动涡扇验证发动机上。可见，减速器设计参数来之不易。 6park.com


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