【行业动态】罗-罗公司完成大型齿轮涡扇发动机的关键部件“齿轮箱”的测试
导读：
近日，英国著名航空发动机制造商罗尔斯-罗伊斯公司表示，该公司为商用客机研发更强劲和更高效的航空发动机已经迈出了关键的一步，成功的测试了UltraFan发动机设计中的关键部件：动力齿轮箱。
咋一听，这不是美国普惠公司齿轮传动涡扇发动机（GTF）设计概念的介绍吗？早在2008年，普惠公司在当年的范堡罗航展上就宣布为新一代单通道飞机研制齿轮传动发动机，并将其新一代发动机命名为“静洁动力PW1000G系列发动机”，目前已经装配在了空客A320neo客机上交付了多个用户。
普惠宣称，相对于传统的双转子涡轮风扇发动机，通过添加行星齿轮箱，风扇和低压涡轮可以以各自最优转速进行运转，从而带来了燃油效率16%的提高和75%噪声的减少，可以说是革命性的技术飞跃。
而且在N+3代发动机上，普惠称还将研究传动比最低为4︰1的全动行星齿轮结构，通过采用先进的气动特性和轻质量的风扇转子，通过更高齿轮比来增加涵道比，使总压比超过60。此外，普惠还将持续开展先进齿轮箱的研发，以实现燃油效率的进一步提升，并确保发动机在较冷环境下高效运转。
其实齿轮传动技术并不是新的概念，早在上世纪，它就在多个小型航空发动机上得到了应用，但却从来没有应用到大型商用航空发动机上，因为一旦航空发动机推力过大，齿轮箱受力过大则容易变得不可靠，这也就是为什么普惠需要花费近20年的时间，投资超过100亿美元来进行反复研究和试验。
而相比普惠的齿轮涡扇发动机主要是用在窄体客机引擎上，罗-罗公司生产的航空发动机则目前主要应用在大型宽体客机上，普惠GTF发动机的推力最大为33,110磅，而罗-罗公司的Trent发动机的推力却可高达100,000磅。
而大推力和高效率带来的就是高涵道比，涵道比对涡扇发动机性能影响较大，涵道比大，耗油率低，但发动机的迎风面积大；涵道比较小时，迎风面积小，但耗油率大。一些最新的民用涡扇发动机的涵道比高达9:1。但为了实现这一点，进气的风扇（因此进气道）的大小不得不有所增加，同时，风扇的叶片不得不继续变长，转速也再不断增快，目前已经接近音速，任何一个方面的继续增加都可能导致危险的振动。
之前罗-罗公司的解决办法就是采用三转子结构，通过设置一个比传统双转子结构更低一级的低压涡轮来与风扇相连，来达到让风扇和涡轮在各自最优转速下运转的目标。这也是为什么罗-罗公司定位在普惠GTF发动机推向市场10年后，才使用齿轮传动技术。
罗罗全球研究及技术总监理查德·帕克曾表示：“相比于传统的两轴发动机结构，三轴发动机的独特适应性，使得罗罗发动机在高达11：1的涵道比时依然具有极高的效率，因此我们没有到达变速箱的重量和复杂性超越低速、低效组件的重量和复杂性的临界点。因而直到今天，对三轴结构来说，齿轮技术并不是必需的。”
不过话虽如此，罗-罗公司最后还是斥资8700万美元在德国建设了UltraFan发动机齿轮箱测试平台，从此次公布的消息来看，罗-罗公司宣称，这个接受测试的动力齿轮箱设计可以承受100,000 马力的负载，相当于1,000辆家用车的等效功率输出，这对罗-罗公司来说，这个设计的全新的。
目前，这个动力齿轮箱还在进行测试中，罗-罗公司准备将其运行到全功率，以模拟当发动机运行在各个状态下的可靠性和性能，包括模拟飞行过程中陡峭的爬升和转弯。
UltraFan发动机的首席工程师Mike Whitehead表示：“这将是我们将未来技术带入生活的重要一步，我们在2014年推出了UltraFan设计，现在我们正在把我们的新型设计变成现实。”
对于具体的结构，尽管承认UltraFan发动机的齿轮将是一种星形齿轮装置，但罗罗并没有明确包括齿轮比在内的技术细节。不过通过引入齿轮系统，UltraFan发动机将完全取消现有低压涡轮，这也意味着罗罗发动机不再是真正的三轴结构，而是“两轴半”配置。
总之，从目前公布的信息来看，罗罗和普惠的齿轮传动概念和应用可能同出一辙，只是普惠把它应用在中推发动机上，罗罗把它用在大推力发动机上。不过普惠在齿轮传动技术上碰到的挑战来看，罗-罗公司能否像其承诺的那样，第一次就做对还有待观察，但100年前，莱特兄弟就知道，飞往成功就意味着必须承担风险。
原创文章，转载请注明来自@两机动力控制
（欢迎加微信小编号：gtc6000；QQ群：455757118；微信群：两机动力控制，加小编微信号后拉入群，QQ群中有大量学习资料）