18吨推力只是涡扇20的正常水平，借助GTF技术推力可轻松超20吨

2013年珠海航展上，官方首次公开展示了涡扇20的模型，展板介绍其推力达到13～16吨。然而，近年来曝光的相关信息来看，涡扇20的推力似乎不止16吨，或效仿涡扇15一样，经历了一次“回炉重造”。

最近，安装4台大涵道涡扇发动机的运20被拍到正在进行极寒测试。外界普遍认为，这款发动机就是传闻已久的涡扇20。

对比发现，涡扇20直径比PS-90A还大，甚至略超F117-PW-100，推力超过18吨很正常

与安装4台PS-90A的伊尔76运输机对比发现，涡扇20直径明显更大。再与美制C17运输机的发动机对比发现，涡扇20进气口比美国C17运输机采用的F117-PW-100还略大。

在考虑拍摄角度误差的前提下，预计涡扇20的风扇直径仍大于PS-90A，与F117-PW-100相当，或者略大。那么保守估计，涡扇20的推力将大于PS-90A，与F117-PW-100相当，或者略大。

查阅资料显示，俄制PS-90A的推力为171千牛，而美制F117-PW-100推力达到181千牛，相当于18.5吨。这意味着涡扇20的推力可达180千牛以上，相当于18.367吨以上！

这里的估计并非空穴来风，而是有研究论文佐证的！

某研究论文仿真计算过4款大涵道比涡扇发动机的推力，其中有一个型号涵道比为8:1，风扇直径为2.3米，推力却达到18421kgf（约180KN）。

2014年，国内《推进技术》专业期刊就发表了一篇名为《射流控制反推力装置流场数值研究》的论文，里面就提到涵道比8。当时在研的两款发动机只有涡扇20和CJ1000涵道比有可能达到8，后来商发公司公布的数据显示，CJ1000涵道比为9。显然涵道比为8的涡扇发动机不是CJ1000，据此我们可以大胆推测涡扇20的涵道比不是5:1，而是8:1！

再根据年9月，中国飞行试验研究院曾发布一张D30kp2/涡扇18版运20和涡扇20版运20的高清对比照片，调整为1:1比例对比照片，可得出结论：涡扇20的最大外径达2.38米左右（资料显示D30-kp2的最大外径为1.56米），预计其风扇直径可达2.1～2.3米。

外界普遍认为涡扇20是基于涡扇10核心机衍生而来，而涡扇10的核心机则是根据CFM56的核心机逆向测绘的，因此我们可以认为涡扇20的核心机尺寸和CFM56系列的核心机基本相当，甚至两者的结构设计也可能基本一致。

资料显示，CFM56系列中风扇直径最大的型号是推力达151.42千牛、涵道比为6.6的CFM56-5C，但它的直径也只能达到1.852米。涡扇20的风扇直径显然是高于这个数值的，因此它的涵道比也显然是高于6.6的。鉴于目前国内大涵道比涡扇发动机最高水平就是正在研制中的CJ1000，而它的涵道比也只能达到9，因此涡扇20的涵道比显然只能高于6.6，小于9，最大的可能就是涵道比达到8。因此，涡扇20推力达到18吨推力也只是正常水平而已。

借助GTF技术，涡扇20改进型最大推力将有望超过20吨。

上文提到，某论文中的4种大涵道比涡扇发动机中，D型的风扇直径可达2.7米，涵道比可达12，推力更是超过21吨。如果在现有涡扇20的基础上直接换装更大直径的风扇以便提升涵道比，那就要增加低压涡轮的级数。当涵道比达到11时，低压涡轮就要增加到7级左右，而为了有效驱动多达7级的低压涡轮，那就要将发动机总压比增加到50以上，这就要求发动机的增压级数还要继续增加。

以涵道比达到11的进口航发Leap-1C为例，它由1级风扇、3级增压压气机、10级高压压气机、第二代TAPS贫油燃烧室、2级高压涡轮与7级低压涡轮组成，总计高达23级，比CF56-5C多5级，其中高压涡轮多1级，低压涡轮多3级。

23级叶片也只能让发动机涵道比达到11，如果要继续增加涵道比，那么通过继续增加级数的方式来达成的难度将非常大。

那么有没有什么新技术能让发动机不增加级数，甚至是减少级数也能达到提升涵道比的目的呢？

答案是肯定的！那就是采用GTF技术。

GTF技术是风扇驱动齿轮箱技术的意思。顾名思义就是在风扇后面增加一套“行星齿轮”用于将低压涡轮通过中轴传动过来的动力传给风扇。通过“行星齿轮”减速，风扇可以较低转速运转，而低压涡轮可以较高转速运转。

这样做的好处很多。

根据涡扇发动机运转原理，低压涡轮转速越快，其产生的驱动功率越大，相当于单个涡轮叶片从高温高压气流中提取了更多能量，通过中轴传输给最前面的风扇。也就是说，在不超过极限转速的前提下，低压涡轮转速越快，其运转效率越高。

资料显示，对于涡扇发动机来说，叶片的线速度是有极限的，一般只有400～450米/秒，也就是说叶片越长，其极限转速越低。对于传统大涵道比涡扇发动机来说，低压涡轮与最前面的风扇通过中轴连接在一起，而风扇直径远大于低压涡轮，导致其极限转速较低，此时低压涡轮的转速远未达到极限，距离最佳转速也仍然有较大差距，因此其运转效率也较低。

如果采用GTF技术，那么一切就不一样了！可以根据风扇和低压涡轮的最佳转速之比设计出一套对应减速比的“行星齿轮箱”，让风扇和低压涡轮同时运转在最佳转速状态，从而让每一级低压涡轮都以远高于原来转速和效率的方式运行，这就可以大幅度减少低压涡轮级数，同时也能大幅度降低发动机重量。以采用GTF技术的PW1000G为例，其总级数仅17级，涵道比却高达12，比Leap-1C还略大，耗油率也略低。仅需3级低压级就能驱动尺寸巨大的风扇，相比之下，Leap-1C需要多达7级低压级才能做到！

据了解，一般标准的大涵道比涡扇发动机具有3500片低压压气机和低压涡轮叶片，而PW1000G系列仅具有大约2000片，重量大大降低，抵消了GTF带来的增重。

令人欣慰的是，我国已经研制出功率达20兆瓦级的GTF！

2022年12月8日，中国船舶703所发布一篇名为《广瀚传动大飞机用风扇驱动齿轮箱试验任务圆满完成》的宣传报道。文中提到“哈尔滨广瀚传动有限公司承担的中国商用发动机CJ2000项目的国产首台风扇驱动齿轮箱试验任务顺利完成”和“20兆瓦级风扇驱动齿轮箱”。

根据测算，推力达35吨的发动机需要40兆瓦左右的风扇驱动功率，那么20吨推力仅需要23兆瓦左右的功率就足够了，我国也只需要在上一段提到的“20兆瓦级风扇驱动齿轮箱”基础上改进，即可造出合格的GTF。届时，直接应用在涡扇20改进型，就能将涵道比提升到12，而且发动机级数还不用大改，推力却可以轻松突破20吨，耗油率还将低于CJ1000和Leap-1C。