幾十年來，民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)一直沒有發(fā)生改變，直至齒輪傳動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一切。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用*廣的一種傳動(dòng)形式，它的傳動(dòng)比較準(zhǔn)確、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長。隨著齒輪傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，它也被運(yùn)用于對傳動(dòng)性能和*度要求更高的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，這無疑對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇提出了更高的要求。

    傳統(tǒng)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推力主要來自發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪，空氣進(jìn)入壓氣機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室，與燃料混合燃燒后產(chǎn)生高溫氣體沖出排氣噴口。同時(shí)，由于壓氣機(jī)與后方的渦輪同軸，高溫氣體通過在渦輪中膨脹做功，帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

    此后出現(xiàn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式也大致相同，它*大的變化就是“雙涵道”，風(fēng)扇吸入的氣流一部分送進(jìn)壓氣機(jī)（內(nèi)涵道），另一部分則直接從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)殼外圍向外排出（外涵道）。外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵道比。涵道比對渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大，涵道比大，耗油率低，但發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積大；涵道比較小時(shí)，迎風(fēng)面積小，但耗油率大。

    但為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，進(jìn)氣的風(fēng)扇（進(jìn)氣道）的大小不得不有所增加，同時(shí)，風(fēng)扇的葉片不得不繼續(xù)變長，轉(zhuǎn)速也在不斷增快，任何一個(gè)方面的繼續(xù)增加都可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的振動(dòng)。這增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的不穩(wěn)定因素。

    發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)優(yōu)勢

    正是為了降低不穩(wěn)定因素，設(shè)計(jì)師想到了齒輪傳動(dòng)技術(shù)，不同于原來通過氣流的變化控制發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的轉(zhuǎn)速，齒輪傳動(dòng)通過調(diào)整不同規(guī)格齒輪的相互嚙合來改變轉(zhuǎn)速。這個(gè)設(shè)計(jì)有如下好處：首先，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有很好的穩(wěn)定性，這樣減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)；另外，相互嚙合齒輪的轉(zhuǎn)速比是它們半徑比的倒數(shù)，因此只需要控制一個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)速就能*控制所有與它直接或間接嚙合的所有齒輪的轉(zhuǎn)速，相較于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不僅省去了對氣流參數(shù)的計(jì)算，而且結(jié)果更加*。

    使用齒輪傳動(dòng)技術(shù)，可以使風(fēng)扇做得更大。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)又將允許其他部件如壓氣機(jī)和渦輪都穩(wěn)定地運(yùn)行在*佳轉(zhuǎn)速下，不受氣流變化的影響。更加重要的是，實(shí)現(xiàn)這一切功能，不過就是在保持原來的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)完全可靠的減速齒輪箱。

    盡管齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相較于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)有明顯優(yōu)勢，但它的穩(wěn)定性是用增加齒輪結(jié)構(gòu)過熱的風(fēng)險(xiǎn)換來的，或者說它將發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)化成了熱量的不穩(wěn)定。目前飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)都要達(dá)到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)，如此高速運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪結(jié)構(gòu)必然要摩擦并且生熱。這除了對齒輪材料的性能和散熱系統(tǒng)提出更高的要求外，還增加了飛機(jī)降落后發(fā)動(dòng)機(jī)均勻冷卻的時(shí)間，會影響客機(jī)運(yùn)營方面。

    PW1100G-JM首臺測試發(fā)動(dòng)機(jī)

    早在2007年，普惠公司就發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的問題，并提出了齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的概念。*終，作為普惠公司“靜潔動(dòng)力”的標(biāo)志性品牌，PW1100G-JM齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)面世，并于2013年裝備空客A320neo客機(jī)，順利地完成了*試飛，并且計(jì)劃在2015年交付使用。此前成功的地面測試項(xiàng)目為首飛提供了準(zhǔn)備，據(jù)悉地面測試項(xiàng)目進(jìn)行了超過365個(gè)小時(shí)的地面性能測試和可操作性測試。PW1100G-JM發(fā)動(dòng)機(jī)的推力達(dá)33000磅，這也是“靜潔動(dòng)力”系列發(fā)動(dòng)機(jī)的*大推力。

    自此，一切工作都進(jìn)行得非常順利，齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)也似乎將掀起民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一場變革。但就在2015年的*后一天，空客和普惠表示，*架搭載普惠發(fā)動(dòng)機(jī)的空客A320neo宣布推遲交貨，原因可能正是減速齒輪箱引起的航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不均勻。盡管普惠公司在齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的項(xiàng)目上遇到了一些問題，但是這一概念還是受到了廣泛的認(rèn)可，除了普惠公司，俄羅斯和中國也在就齒輪傳動(dòng)技術(shù)自主研發(fā)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。

    英國的羅羅公司在齒輪傳動(dòng)技術(shù)方面在全球處于*地位。目前，已經(jīng)投入使用的美國第五代戰(zhàn)機(jī)F-35的升力風(fēng)扇就采用了該公司的齒輪傳動(dòng)技術(shù)，其推力高達(dá)29000磅，而且效率極高。為了應(yīng)對更大功率齒輪箱研發(fā)的挑戰(zhàn)，羅羅公司斥資8700萬美元在德國建設(shè)了UltraFan發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱測試平臺。目前該公司*先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)采用三軸系統(tǒng)，三個(gè)互相獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)軸各成一體，使得壓氣機(jī)和渦輪能在更接近于*佳條件下工作，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、減少壓氣機(jī)與渦輪級數(shù)。各軸的轉(zhuǎn)速還可根據(jù)需要相對獨(dú)立地調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了穩(wěn)定工作范圍。按照計(jì)劃，齒輪傳動(dòng)技術(shù)可能會被集成到三軸發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，使其成為兩軸半發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣其傳動(dòng)的方式更加多樣化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也會得到提升。

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