上回我们说到，基本放弃了大推力民用涡扇发动机市场的普惠，靠齿轮传动发动机在中等推力领域发力，大有卷土重来之势。
看了大家对上期《陆海空》的留言和点评，激动又紧张：激动的是看到读者中藏龙卧虎，不乏同好之人；紧张的是，面对大家这样高水平的读者，文章更要严谨而准确，马虎不得。另外，在普惠公司悠久的历史中，划时代的产品、有趣的故事还有很多，不能一一讲述着实可惜，但我们还是希望在这个栏目里为大家呈现类别尽可能广泛的内容。
言归正传，这一期我们就来聊一聊寄托了东哈特福德（位于康涅狄格州的普惠公司总部所在地）全村希望的普惠齿轮传动发动机GTF。首先简要介绍一下涡轮风扇发动机的结构和原理：它的主要组件以从前向后的顺序包括风扇、压气机、燃烧室和涡轮，如果是用于战斗机的发动机往往在涡轮之后还带有一个加力燃烧室，但这不在今天我们的讨论范围。听起来是不是非常简单？其实基本原理也很简单，即燃油与高压空气在燃烧室混合燃烧，高温燃气推动涡轮做功，涡轮再带动与其同轴的压气机将空气压缩进燃烧室，同时涡轮的大部分功率用来带动最前端的风扇产生主要推力，经过涡轮的燃气产生小部分推力。有没有风扇就是我们所说的涡扇发动机和涡喷发动机之间的区别，笼统地说，带有风扇、尤其是风扇相对比较大（涵道比较高）的发动机在中低速时的推进效率更高，而涡喷发动机更适合高速飞行。
那么问题来了，通过同一根轴来连接的风扇、压气机和涡轮的工作节奏大不相同，压气机需要高转速来提高总压比（类似于活塞发动机的压缩比，与燃油效率正相关），涡轮在高转速下也具有更高的效率；而风扇则不然，如果转速太高会让叶片尖端的线速度接近甚至超过音速，一旦产生激波就会让推进效率急剧下降，振动和噪声也大大增加，尤其是对大直径的风扇来说这个问题尤为突出。那么降低整个轴的转速可以吗？可以，但此时的压气机和涡轮就要以重量和复杂度为代价增加级数来维持运转，同时总压比和燃烧温度都难以提升——总之，能凑合用但性能很差。
这在涡扇发动机诞生的早期还可以接受，毕竟无论如何它也比涡喷发动机效率高了不少。然而为了降低油耗从而增加载重与航程，人们开始绞尽脑汁地提高发动机的效能，这时，双转子技术便粉墨登场了。顾名思义，双转子发动机具有两个转子，也就是套在一起的两根轴，它们分别用来连接转速较高的高压涡轮-高压压气机和转速较低的低压涡轮-低压压气机-风扇。目前常见的涡扇发动机，无论大小和用途，大多采用双转子结构。
双转子比单转子优势明显，它让各级叶片工作在相对舒服的转速——注意这里的“相对”，要想进一步提高效率，风扇和压气机、涡轮的转速差还得增加。英国人用啃（yì）骨（gēn）头（jīn）的精神，在双转子的基础上再套一根轴，形成了一个共轴三转子的复杂结构。
由于极为恶劣的工作环境，即使是双转子，其设计和制造难度都已经很高了，更何况三转子。上世纪60年代，罗尔斯•罗伊斯公司开始三转子技术的研发，不断攀升的研制费把公司拖垮，索性英国政府出资收购才免于破产。1969年，三转子的RB211发动机开始测试，并在3年后投入商用。它的高/中/低压转子100%转速分别为每分钟10611、7000和3900转。成功地开发这种技术，虽然让罗•罗一度被收归国有，但也让这家公司一跃成为顶级的航空发动机制造商。
而普惠公司则选择了一条不同的技术路线，就是在风扇和低压转子之间增加一个齿轮箱，让低压转子也可以较高转速工作，同时降低风扇的转速，以适应更大尺寸的风扇。实际上齿轮减速早已应用在涡轮螺旋桨、涡轮轴以及一些小型的涡扇发动机上，但用于中等推力以上的发动机，齿轮箱要承受上万转的转速和几万千瓦的功率，谈何容易！
普惠在80年代开始对于齿轮传动技术的摸索，经过二十多年和超过百亿美元的投资之后，这种划时代的涡扇发动机终于在2008年开始了飞行试验。称为FDGS风扇驱动齿轮系统的齿轮箱为行星齿轮结构，只有7个活动零件，它的齿比为3:1，具有超过99.5%的极高效率。根据型号的不同，FDGS可以承受12000至24000千瓦的功率，在整个寿命周期中只需要换滑油，而不用做其它的维护。
通过齿轮箱减速，GTF的风扇转速保持在较低的4000～5000转，而低压转子的转速则高达12000～15000转，因此仅需3级甚至2级低压涡轮就能达到非常高的增压比，并抵消齿轮箱的额外重量。普惠后来将GTF齿轮传动发动机命名为静洁动力，一方面是因为低风扇转速明显降低了它的噪声水平（据称降噪水平在50%左右），另一方面是它在油耗和污染物排放方面的显著优势：投入使用后，很多用户反应这台发动机的油耗表现比宣传的（和上一代发动机相比）降低15%还要好一两个百分点。
静洁动力发动机是空客A320 NEO的两种备选动力之一，同时也是空客A220（曾经的庞巴迪C系列）、巴航工业第二代E系列、俄罗斯MC21和三菱MRJ几种新型中小客机的动力源。说到这里您可能也注意到了，中国商飞的C919倒是没有买GTF的账，而是和波音737MAX一样，选择了通用电气与法国赛峰合资公司CFM的LEAP-1系列发动机。
LEAP发动机保持着标准的双转子结构，但是在燃烧室和高压压气机/涡轮叶片的设计上投入了大量心血，并在机匣（可理解为发动机外壳）和风扇叶片上使用碳纤维复合材料和3D碳纤维树脂氧化复合材料，从而达到了足以和GTF竞争的性能指标。
对于像C919这样一款全新的机型来说，选择LEAP而将GTF排除在外其实是非常明智的。GTF绝对称得上是普惠又一个划时代的产品，但在它初出茅庐的时候，难免会发生一些问题（事实上，GTF自打投入使用以来，已出现了不少问题），而技术相对成熟保守的LEAP就要好得多。
当然了，另一个原因是C919在未来还会采用一颗国产的“心”：CJ-1000。根据目前公开的资料，CJ-1000也采用了双转子结构，3级低压涡轮、10级高压压气机；2级高压涡轮和6级低压涡轮。前不久，中国商飞和启动用户东方航空正式签署了购机合同，意味着我们坐上国产大飞机的日子已经逐渐走近了。而在民用航空发动机的大舞台上，随着中国的登场，一幕精彩的大戏即将拉开帷幕。
本文作者为踢车帮 阿来