齿轮涡扇是这样子转起来的
内容摘要: 在降噪方面，他表示，自1970年以来，商用航空发动机制造商注重提高发动机的涵道比，目前齿轮涡扇发动机的涵道比达到了12∶1。爱波斯坦说，经过了20年的投资研发，公司的齿轮涡扇发动机技术不仅赢得了用户，同时对公司认识商用航空发动机的未来具有重要意义。
普惠公司技术与环境副总裁阿伦・爱波斯坦博士
PW1524G发动机地面测试
PW1524G发动机试飞
今日视点
本报驻美国记者 毛黎
在全球航空领域，美国普惠公司、通用电力公司和英国罗尔斯・罗伊斯是3家主要的航空发动机制造商，它们共同为用户提供了高质量的产品和服务。面向未来，为满足用户对航空发动机更加苛刻的要求，普惠公司通过20年的努力，在民用航空发动机方面研发出多系列新型发动机，准备在数年内陆续上市。
以静洁动力PW1500G发动机系列为例，普惠公司近期就该发动机在庞巴迪C系列飞机上完成了首次飞行测试计划。从今年6月20日开始至9月中旬，安装静洁动力PW1524G发动机的庞巴迪C系列飞机共进行了25次飞行，飞行时间115小时。根据测试计划安排，公司将在未来16个月中对8台测试发动机进行多项测试，在2012年发放发动机证书，并于2013年下半年提供给用户。
静洁动力PW1500G发动机的推力为21000磅至23300磅，主要服务对象是庞巴迪C系列。与现役的同类发动机相比，静洁动力PW1500G发动机在降低飞机能耗、减少尾气排放和减轻噪音3个方面都实现了两位数字的改善，如燃油消耗减少了16%。
员工人人以产品为荣
普惠公司技术与环境副总裁阿伦・爱波斯坦博士在接受科技日报记者采访时表示，公司能成功地开发出新型发动机的关键要素有两个，一个是员工，另一个是技术。员工要素是那些在公司工作的高级工程师们，他们懂得自己的目标并为之孜孜不倦地奋斗了25年。无论是在公司大力支持的年代，还是在公司因其他原因减少投入力度的日子，他们都没有放松自己的追求。事实上，公司新产品的未来在于他们长期的奉献，他们始终在为实现未来而勤奋工作。
爱波斯坦曾在麻省理工学院担任教授多年，他认为教授在大学的工作十分辛苦，然而来到普惠，他发现公司员工辛苦程度毫不逊色，他们人人以产品为荣。公司有数以千计的工程师，他们不发表文章，默默无闻，但是他们是了不起的行家，同时工作勤奋。
新发动机融合多项技术
技术要素则是指新发动机多项技术的集成，如齿轮、超轻涡扇、可变喷嘴等。爱波斯坦介绍说，虽然新技术名为齿轮涡扇，但是它实际上包含了不同的技术。新发动机齿轮的大小如同普通汽车的轮胎，重量为120公斤，其作用是帮助发动机产生动力，同时减少压缩机、燃烧室和涡轮机的尺寸。如果将齿轮安装在普通的发动机上，那么就能帮助它减少2%的耗油量。
通常，涡扇越大推力越大，但是涡扇增大也意味着涡扇本身重量的增加。为提高发动机推力和减轻发动机重量，新发动机采用了超轻重量技术，它保证了涡扇尺寸在增加的同时，重量却相当地轻。爱波斯坦表示，涡扇的重量事实上比复合材料还要轻。涡扇的工作效率极高，其原因是安装的齿轮能让发动机的风扇低速转动。
显然，大尺寸高效涡扇需要更大尺寸的扇室来封装。同小扇室相比，大扇室不仅重量更重，而且阻力也更大。为解决此问题，爱波斯坦表示，工程师们开发出了先进的扇室技术，结果是扇室重量轻而且阻力小，并首次在商用发动机上采用了可变喷嘴技术。
这些技术独立使用时可以各自减少2%的燃油消耗，但是同时应用于新发动机，并对发动机进行优化后，发动机耗油量可节约16%，而不是简单的3个2%之和。由于多项技术整合利用，除节油外，新型发动机还实现了减排和降噪。应该强调的是，缺少任何一项技术或该技术没有实现预期的目标，都将大幅度地影响发动机在节油、减排和降噪方面的效果。
集低、小、少、轻于一身
对于未来商用运输发动机的发展方向，爱波斯坦认为，公司清楚地知道人们对产品的期望，那就是集成本低、油耗小、排放少、噪音轻于一身的发动机，齿轮涡扇发动机将成为未来商用航空发动机制造商关注的焦点。
在降噪方面，他表示，自1970年以来，商用航空发动机制造商注重提高发动机的涵道比，目前齿轮涡扇发动机的涵道比达到了12∶1。2017年至2020年间，涵道比将上升到15∶1至18∶1;2020年后将超过25∶1。随着涵道比的提高，从正面进气口看，发动机直径将越来越大;从侧面看，发动机则越来越短，如同煎饼。按照这样的发展趋势，发动机涡扇的速度将变得更慢，噪音也就更低，发动机产生的噪音将低于飞机机身产生的噪音，人们甚至听不到发动机的噪音。到2013年，安装齿轮涡扇发动机的庞巴迪C系列飞机在空中飞行时，如果关闭发动机，那么当飞机接近机场时，位于地面上的人几乎感觉不到任何变化。发动机降噪将促使波音公司和空客公司开发低噪音机身。
在节油方面，爱波斯坦认为，人们将继续以每年节油1%的速度向前发展。1%似乎不多，但是多年积累下来则意义重大。最终，节油将达到极限，人们得到的是最高效率的发动机，几乎所有来自燃油的能量都用于推动飞机飞行。目前，航空发动机燃油能量利用效率大约为40%，人们正朝着45%、50%甚至更高的目标发展。
爱波斯坦说，经过了20年的投资研发，公司的齿轮涡扇发动机技术不仅赢得了用户，同时对公司认识商用航空发动机的未来具有重要意义。普惠公司要求自己的发动机优于其他的生产商，同时公司的领导层决定为此开发新技术而大量投资。他认为，静洁动力涡扇系列发动机将使商用航空业更趋完善，在未来10年中，无论是谁生产的新商用发动机，它们都将是齿轮涡扇发动机。也许不同制造商命名会有不同，但是发动机本身无疑是齿轮涡扇发动机。