陳光/文
齒輪傳動的渦輪風扇發動機
20世紀90年代後期， 美國普·惠公司提出了研製用減速器驅動風扇的PW8000高涵道比（涵道比為10.0）渦輪風扇發動機。
為什麼低壓渦輪要通過減速器來驅動風扇呢？這是因為當前在大推力、大涵道比的渦扇發動機中， 風扇均由低壓渦輪直接驅動， 一般在風扇轉子後還裝有3~5級增壓壓氣機轉子， 以增加發動機的總增壓比及內涵的空氣流量。
這種設計具有一個固有的缺點， 那就是增壓壓氣機、低壓渦輪均未在它們的最佳轉速下工作， 使得發動機級數加多。
這是因為在高涵道比渦輪風扇發動機中， 風扇直徑很大， 風扇轉子轉速低， 由於風扇(加上增壓壓氣機)是由低壓渦輪直接驅動的， 因而使增壓壓氣機、低壓渦輪均工作在低於它們的最佳工作轉速下， 因此為達到發動機總體的設計要求， 只得增加增壓壓氣機及低壓渦輪的級數。
在三轉子發動機中， 風扇、中壓壓氣機、高壓壓氣機均在最佳轉速下工作， 因而使它的級數比雙轉子發動機的少。
如果在雙轉子發動機中， 在低壓渦輪、增壓壓氣機與風扇間裝一個減速器， 首先使前二者工作於它們的最佳轉速， 然後通過減速器， 將轉速降低到風扇的最佳轉速來驅動風扇工作， 這樣這三個部件均工作於最佳轉速下， 自然使級數減少。
目前現役大型渦扇發動機中， 尚沒有採用減速器來傳動風扇的。 這是因為這種減速器需在高的輸入轉速(10000 轉/分左右)、高的傳動功率(30000~40000 kW以上)下安全、可靠地工作， 在現有的技術條件下， 是非常難作到的。
普.惠公司於80年代投資3.5億美元， 開展了一項用於傳動風扇的減速器的發展、研究工作，
圖、普惠PW1000G齒輪傳動發動機模型
據普·惠公司稱， 該減速器具有體積小(外徑僅為0.457米)、重量輕(約640公斤, 即每100馬力重0.98公斤)、可靠性高、傳動效率高達99.5%等特點。
傳動效率高， 不僅功率損失小， 而且用於冷卻、潤滑齒輪傳動裝置的滑油溫升僅為27℃， 大大減少了用於冷卻滑油的散熱器的體積。 這種減速器已被PW8000選用作為傳動它的風扇的減速器， 使PW8000成為大推力級發動機中第一種採用齒輪傳動風扇的發動機。
今後， 隨著大功率、高轉速的減速器逐步趨於完善， 減速器傳動風扇的高涵道比渦輪風扇發動機也將會得到發展。
圖6-10、普·惠公司為齒輪傳動發動機剖面圖
渦輪螺旋槳發動機的特點
從前面的介紹可以看出， 渦輪螺旋槳發動機是綜合了渦輪噴氣式和活塞式發動機的優點， 又克服了這兩種發動機的一些不足， 適用於中速飛行的一種性能優良的發動機。
其主要特點在於， 和渦輪噴氣發動機一樣比活塞式結構簡單， 沒有往復運行零件、振動小；單位重量產生的功率大， 具有活塞式發動機省油的特點， 且使用煤油， 較活塞式發動機更為經濟；
具有渦輪噴氣式發動機功率大、體積小的特點， 單台功率可比最大的航空活塞式發動機大數倍。
裝渦輪螺旋槳發動機的飛機，飛行高度低（5000米以下）、飛行速度慢（600～800公里/小時），這是渦輪螺旋槳發動機的缺點。
判別渦輪螺旋槳發動機的性能好壞的依據是：功重比（發動機功率/發動機重量）越大，耗油率越小，其性能越好；反之則差。
雖然渦輪螺旋槳發動機在低速飛行時，有較低的耗油率，經濟性好，但隨著飛行速度的增加，螺槳效率將變低，耗油率則增加。
在上世紀70年代後期，航空界開始大力研製新型的、稱為“槳扇”的發動機，以緩解當時面臨的石油危機對航空運輸業帶來的衝擊。
槳扇發動機顧名思義，它是一種既具有渦輪螺旋槳發動機耗油低、又具有渦輪風扇發動機適於高速飛行特點的發動機。為了使槳扇發動機適於高亞音速飛行（即飛行速度大於800~900公里/小時），需發展新型的螺旋槳。
新型螺旋槳由兩個旋轉方向相反的螺旋槳在一起工作，螺旋槳的槳葉較多（一般為6～8片），每片槳葉形狀較寬，彎曲而後掠呈馬刀形。
槳扇發動機的螺旋槳直徑小於渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳直徑，但大於渦輪風扇發動機的風扇直徑。
初期設計時，兩排螺旋槳的葉片數一般均採用8片，但前、後排葉片對氣流的擾動會激起較大的雜訊，在後來的設計中的將兩排葉片取不同的片數。
圖、General Electric GE36
圖6-18為美國通用電氣公司與法國國營航空發動機研究製造公司合作研製的GE36槳扇發動機，由於螺旋槳（或稱風扇）外不像高涵道比渦輪風扇發動機有一個外涵機匣，因此又稱此種發動機為“無涵道風扇（UDF）發動機”。
由於槳扇發動機雜訊、振動及減速器性能差，特別是沒有外涵機匣，使用安全性沒有保證等問題未能得到很好的解決，加之世界燃油的價格不僅沒有如想像那樣飛漲，反而有回落的趨勢，因而在西方國家一直未將其投入使用。例如，美國通用電氣公司與法國國營航空發動機研究製造公司雖為研製GE90共同投資了10億美元，也不得不放棄而束之高閣。
圖6-19、採用槳扇發動機的中程軍用運輸機安-70
但是前蘇聯始終不懈地開展將槳扇發動機應用到軍用運輸機上的研製工作，並且已取得了較好的結果。
安-70是前蘇聯於1988年開始研製的、採用槳扇發動機為動力的中程軍用運輸機，這種發動機集渦槳發動機的高經濟性和以前只有渦扇發動機才能達到的高速度性能等優點於一身。
當時給安-70定下的設計指標是，要能夠運輸陸軍部隊所有類型的機動裝備，速度快，經濟性好，能夠在低等級水泥跑道和長600～900米的土質跑道上起降，能夠全天候全地域使用，機組人數為 2～3人等。
安-70最大載重47噸。其標準運輸任務是攜帶20～35噸的物資、或300名攜帶隨身武器的士兵、或206名傷病員，從簡易機場起飛，以 750公里/小時的巡航速度飛行，航程可達到3800～7400公里。這個航程足以從英國本土飛到沙烏地阿拉伯，或從澳大利亞飛到大部分南太平洋地區。圖6-19為在機場停留的安-70。
圖6-20、D-27槳扇發動機
在蘇聯解體後，由俄羅斯和烏克蘭兩國聯手繼續研製，1995年12月16日在基輔進行了首飛。
雖然後來屢遭挫折，但研製工作一直緊鑼密鼓地進行著，1997年開始的4年間，第2架試飛的安-70在各種氣候和地域條件下完成了大量的試飛科目，結果證明安-70的總體設計是成功的，所測性能也都達到了設計要求。
並多次在國際性航展（包括2000年11月在我國珠海航展）上進行了飛行表演，給人們留下了深刻印象。它是世界上第一種成功使用槳扇發動機的飛機。
安-70所裝的四台D-27槳扇發動機（圖6-20）單台功率為10400 kW（14150馬力），由烏克蘭紮巴羅熱“進步”發動機設計局、俄羅斯中央巴拉諾夫航空發動機製造研究所和茹科夫斯基空氣流體動力學研究所聯合研製。
發動機的燃油消耗率極低，在巡航狀態下只有0.174公斤／千瓦·小時，以最大巡航速度飛行時，其油耗與現代運輸機上使用的渦噴發動機相比要低20％至30％。
與D-27發動機匹配的CB-27同軸對轉螺槳風扇由全複合材料製成，直徑4.5米。每副螺槳風扇由同軸串在一起、轉向相反的兩個螺槳風扇組成，前面一個8片槳葉，後面一個6片槳葉。
這種設計可以有效延緩氣流分離（槳葉失速），且雜訊小，其推進效率高達90％。槳葉成半圓形，展弦比小，厚度薄，呈後掠形，能夠有效延緩槳尖出現激波。雖然CB-27螺槳風扇的槳盤直徑只有普通螺旋槳的一半，但其功率載荷是現代高效螺旋槳功率載荷的5倍。
由於採用耗油率較低的槳扇發動機，安-70使用經濟性特別好，省油、航程遠是它的一個顯著特點。
圖、伊爾-76型運輸機
例如，同樣載貨20噸，安-70的航程為7400公里，伊爾－76（前蘇聯於上世紀70年代中研製成功的性能較好的中、遠端軍、民用運輸機，共生產了900餘架）為7000公里，而前者僅耗油40噸，後者則需要耗油80噸，其航程還差400公里。
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裝渦輪螺旋槳發動機的飛機，飛行高度低（5000米以下）、飛行速度慢（600～800公里/小時），這是渦輪螺旋槳發動機的缺點。
判別渦輪螺旋槳發動機的性能好壞的依據是：功重比（發動機功率/發動機重量）越大，耗油率越小，其性能越好；反之則差。
雖然渦輪螺旋槳發動機在低速飛行時，有較低的耗油率，經濟性好，但隨著飛行速度的增加，螺槳效率將變低，耗油率則增加。
在上世紀70年代後期，航空界開始大力研製新型的、稱為“槳扇”的發動機，以緩解當時面臨的石油危機對航空運輸業帶來的衝擊。
槳扇發動機顧名思義，它是一種既具有渦輪螺旋槳發動機耗油低、又具有渦輪風扇發動機適於高速飛行特點的發動機。為了使槳扇發動機適於高亞音速飛行（即飛行速度大於800~900公里/小時），需發展新型的螺旋槳。
新型螺旋槳由兩個旋轉方向相反的螺旋槳在一起工作，螺旋槳的槳葉較多（一般為6～8片），每片槳葉形狀較寬，彎曲而後掠呈馬刀形。
槳扇發動機的螺旋槳直徑小於渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳直徑，但大於渦輪風扇發動機的風扇直徑。
初期設計時，兩排螺旋槳的葉片數一般均採用8片，但前、後排葉片對氣流的擾動會激起較大的雜訊，在後來的設計中的將兩排葉片取不同的片數。
圖、General Electric GE36
圖6-18為美國通用電氣公司與法國國營航空發動機研究製造公司合作研製的GE36槳扇發動機，由於螺旋槳（或稱風扇）外不像高涵道比渦輪風扇發動機有一個外涵機匣，因此又稱此種發動機為“無涵道風扇（UDF）發動機”。
由於槳扇發動機雜訊、振動及減速器性能差，特別是沒有外涵機匣，使用安全性沒有保證等問題未能得到很好的解決，加之世界燃油的價格不僅沒有如想像那樣飛漲，反而有回落的趨勢，因而在西方國家一直未將其投入使用。例如，美國通用電氣公司與法國國營航空發動機研究製造公司雖為研製GE90共同投資了10億美元，也不得不放棄而束之高閣。
圖6-19、採用槳扇發動機的中程軍用運輸機安-70
但是前蘇聯始終不懈地開展將槳扇發動機應用到軍用運輸機上的研製工作，並且已取得了較好的結果。
安-70是前蘇聯於1988年開始研製的、採用槳扇發動機為動力的中程軍用運輸機，這種發動機集渦槳發動機的高經濟性和以前只有渦扇發動機才能達到的高速度性能等優點於一身。
當時給安-70定下的設計指標是，要能夠運輸陸軍部隊所有類型的機動裝備，速度快，經濟性好，能夠在低等級水泥跑道和長600～900米的土質跑道上起降，能夠全天候全地域使用，機組人數為 2～3人等。
安-70最大載重47噸。其標準運輸任務是攜帶20～35噸的物資、或300名攜帶隨身武器的士兵、或206名傷病員，從簡易機場起飛，以 750公里/小時的巡航速度飛行，航程可達到3800～7400公里。這個航程足以從英國本土飛到沙烏地阿拉伯，或從澳大利亞飛到大部分南太平洋地區。圖6-19為在機場停留的安-70。
圖6-20、D-27槳扇發動機
在蘇聯解體後，由俄羅斯和烏克蘭兩國聯手繼續研製，1995年12月16日在基輔進行了首飛。
雖然後來屢遭挫折，但研製工作一直緊鑼密鼓地進行著，1997年開始的4年間，第2架試飛的安-70在各種氣候和地域條件下完成了大量的試飛科目，結果證明安-70的總體設計是成功的，所測性能也都達到了設計要求。
並多次在國際性航展（包括2000年11月在我國珠海航展）上進行了飛行表演，給人們留下了深刻印象。它是世界上第一種成功使用槳扇發動機的飛機。
安-70所裝的四台D-27槳扇發動機（圖6-20）單台功率為10400 kW（14150馬力），由烏克蘭紮巴羅熱“進步”發動機設計局、俄羅斯中央巴拉諾夫航空發動機製造研究所和茹科夫斯基空氣流體動力學研究所聯合研製。
發動機的燃油消耗率極低，在巡航狀態下只有0.174公斤／千瓦·小時，以最大巡航速度飛行時，其油耗與現代運輸機上使用的渦噴發動機相比要低20％至30％。
與D-27發動機匹配的CB-27同軸對轉螺槳風扇由全複合材料製成，直徑4.5米。每副螺槳風扇由同軸串在一起、轉向相反的兩個螺槳風扇組成，前面一個8片槳葉，後面一個6片槳葉。
這種設計可以有效延緩氣流分離（槳葉失速），且雜訊小，其推進效率高達90％。槳葉成半圓形，展弦比小，厚度薄，呈後掠形，能夠有效延緩槳尖出現激波。雖然CB-27螺槳風扇的槳盤直徑只有普通螺旋槳的一半，但其功率載荷是現代高效螺旋槳功率載荷的5倍。
由於採用耗油率較低的槳扇發動機，安-70使用經濟性特別好，省油、航程遠是它的一個顯著特點。
圖、伊爾-76型運輸機
例如，同樣載貨20噸，安-70的航程為7400公里，伊爾－76（前蘇聯於上世紀70年代中研製成功的性能較好的中、遠端軍、民用運輸機，共生產了900餘架）為7000公里，而前者僅耗油40噸，後者則需要耗油80噸，其航程還差400公里。
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