访谈 | 五年之约 - 再谈普惠GTF引擎

2016年1月，引擎制造商普惠最引以为傲的革命性产品 - PW1000G齿轮传动涡扇引擎（Geared Turbofan，GTF）随着首架A320neo交付给汉莎航空开始投入运营。

那年11月，我们在珠海航展上有幸与负责引领普惠技术发展发向的时任普惠技术与环境副总裁、美国工程院院士Dr. Alan H. Epstein进行了一小时的对话。作为一个技术控，Epstein博士详细介绍了GTF引擎的创新性，并且也直面当时GTF引擎在成长期出现的一些问题，对我们提出的问题做了解答（可以戳回顾当时的推送）。

时隔5年，装备普惠GTF引擎的飞机已经遍布全球，涵盖空客A220、A320neo家族和巴航工业E190-E2系列，飞行小时数也超过了1000万小时。由于疫情的关系，我们无法在今年的珠海航展上再次与Epstein博士面对面交流，问问他在度过成长期后的GTF引擎表现如何。

不过，普惠也在航展前举办了一场线上采访，负责普惠和国际航空引擎公司IAE全球销售、营销及市场工作的普惠公司首席商务官瑞克·德尤鲁及普惠中国总裁范佑勋一同接受了中国媒体的采访。

以5年为期，再度回顾一下这个普惠携手NASA投入20年时间、耗资超过100亿美元研发的划时代产品在实际运营中的情况，也会是有个相当有意思的话题。

先来看看我们在航展现场的专访

什么是GTF引擎

简单来说，GTF引擎解决了涡扇引擎中处在同一传动轴上的风扇和压气机与涡轮所需转速高低不同的矛盾，大幅提升引擎的燃油效率，从而大幅降低油耗和噪音。

那么，GTF是如何解决这个矛盾的呢？

我们首先简单复习一下涡扇引擎的工作原理：通过将空气引入压气机逐级增压，然后在燃烧室与燃料混合后点燃，燃烧膨胀的空气向后排出并驱动涡轮，进而带动传动轴最前方的风扇旋转产生动力，也继续为核心机输送空气。既然是在同一根传动轴上，也就意味着各转子和组件将保持相同的转速。

传统涡扇引擎示意图

但是风扇、压气机和涡轮保持同一转速并不能带来最优性能。简单的说，压气机需要保持一个更高的转速以提高压缩空气的效率，这样才能缩小尺寸、简化结构，从而降低引擎自重；但是风扇却是做的更大、转的更慢效率才高、噪音才小，然而大尺寸的风扇必然无法承受过高的转速，因为直径大了，力臂也长，离心力轻松就能将叶片撕碎。这之间的矛盾，使得引擎涵道比难以提升。

引擎制造商们也曾经想过其他的办法，比如说三转子技术。但是要进一步提升涵道比以及燃油效率，除了把叶片做大，也要把核心机做得更小、更短、更轻才行。自然而然的，工程师们想到了减速齿轮。

普惠从1988年开始研究齿轮传动架构引擎，耗时20余年。与传统涡扇引擎最大的不同是在风扇与低压压气机间安装一套行星齿轮组，通过它的减速，风扇和压气机都可以保持在最优转速。因为压气机的工作效率提升，压气机的级数大幅减少。同时，无需依赖同心轴「套娃」的核心机尺寸也大大缩小，再加上风扇转速更低，尺寸自然可以做大。外涵道变大，内涵道变小，引擎的涵道比自然大幅度提升。因此，GTF引擎的最大涵道比可达12.5:1，是目前涵道比最高的涡扇引擎。

GTF引擎剖视图，可见核心机结构更加简单、小巧

相比此前的型号，GTF引擎的风扇转速下降约40%，直径可达81英寸（2.05米），可以增加吸入空气量，降低引擎内的空气流动速度，进而减少油耗、降低噪音。同时，压气机转速提高，增压比提升60%，能够减少多达2级压气机和多达4级涡轮，引擎结构大大简化。还能减少多达50%氮氧化物排放。

小巧却极为强悍的齿轮组

而实现这一切的，是一个直径不过50厘米、重量不超100公斤，却能传递25兆瓦马力的齿轮组。这个轻便、小巧的齿轮组可谓将冶金、材料、工艺等诸多领域大成集于一身，才能承受如此负荷，寿命还要长达20年。

PW1000G GTF引擎结构示意，压气机和涡轮级数大大减少

更节能、更安静

节能减排：

德尤鲁介绍说，通过使用GTF引擎，一架飞机在一年能节省3600吨二氧化碳排放量，这相当于90万棵树在一年中吸收的二氧化碳总量。每一次按照标准航线的飞行能节省100加仑（379升）燃油，也就是1吨二氧化碳的排放量。

在过去的五年中，普惠GTF引擎在全球为250万次航班提供动力，为运营商节省了5亿加仑（19亿升）燃油，避免了500万公吨的碳排放。在中国，GTF引擎为11家航司共200多架A320neo系列飞机提供动力，过去五年完成超过40万个航班及173万飞行小时数，共节省9500万加仑（3.6亿升）燃油，减少了91.7万吨的碳排放。

降低噪音：

前边提到，GTF引擎的风扇转速大幅降低，意味着伴随的噪音也大幅减少。这不仅仅让机上乘客和地面居民都更加舒适，也能够节省燃油。

以上海虹桥机场为例，使用GTF引擎的飞机噪音轨迹缩小将近73%，意味着航空公司能够在满足噪音限制的情况下使用更直接的航路，从而缩短留空时间，减少燃油消耗和碳排放。

使用GTF引擎后噪音轨迹范围相比此前产品大幅缩小

实际运营

除了我们熟知的空客A320neo系列，普惠GTF引擎也是空客A220系列、巴航E2系列、伊尔库特MC-21的唯一动力。截至目前，普惠已经收到超过1万台GTF引擎订单，全球有55家航司、超过1000架飞机装上了普惠PW1000G系列引擎，飞行小时数已达1000万小时，安全运输超过4亿名乘客。

作为新一代单通道及支线客机上唯一一款革命性的引擎产品，GTF引擎在投运之初也因为新技术和新材料而遇到一些稳定性问题。普惠在过去的五年里一直努力解决这些问题，更是趁着过去18个月大量飞机停场的机会，快马加鞭的改进引擎性能。在经历了初期的低谷后，目前PW1100G的签派可靠率已经达到99.97%。

GTF引擎放行可靠率在经历了初期的反复后，如今已经稳定在99.97%

在中国，目前有超过200架装有GTF引擎的A320neo飞机正在飞行。在过去5年里，这些飞机总共搭载了超过5700万名乘客飞往全国各地。

GTF的未来

GTF引擎作为过去20年里唯一一款从零开始完全重新设计的引擎，确实极具革命性和突破性意义。从多家航空公司的反馈来看，这款引擎也确实做到了宣称的节油能力。我们当然也非常关心这款引擎在未来的发展前景，特别是在宽体机上的应用。趁着采访的机会，我们也专门向德尤鲁先生提出了这个问题。

对此，德尤鲁先生明确表示：宽体机用上GTF引擎「指日可待」。他表示，GTF的技术毫无疑问是可以被「放大」的。事实上，普惠在GTF研发过程中一直与飞机制造商们保持密切交流，在探讨未来项目可能性的时候，就已经论证过GTF在宽体机上的应用。

那么GTF应用到宽体机时，前边提到的节能减排等种种优势是否会延续呢？德尤鲁先生很有信心的表示，提升燃油效率、降低噪音和排放方面的优势，也将在宽体机上市场延续下去。

此外，普惠也在不断完善和改进GTF引擎。相比上一代引擎，GTF上的传感器多出了40%，能在整个飞行过程中采集更多的数据点，使发动机能够变得更加智慧和互联，帮助工程和支援团队主动监控、维护和管理发动机，不断提升安全性和可靠性。

普惠认为，齿轮驱动风扇是未来涡扇引擎的架构。它的最大优势是使所有模块都能以最佳转速运行，从而带来方方面面的优化与提升。风扇驱动齿轮系统在耐用性和性能方面已经超出了所有人的预期。在降低运营成本和减排的需求的推动下，这个技术还可以达到更高的涵道比、更大的风扇直径，并采用更先进的涡轮技术。GTF，未来可期。