齿轮驱动涡扇发动机的发展和关键技术

　　随着航空发动机技术的飞速发展，较低的燃油消耗率、较好的环保特性和经济性已经成为大涵道比涡扇发动机必须达到的目标。
　　　　
　　研究表明，提高大涵道比涡扇发动机的涵道比能够提高发动机的推进效率，并且因降低了排气速度与风扇叶尖速度而减小了发动机的噪声。但是，涵道比若增大到一定值会带来了一些棘手的问题。因为增大涵道比（增大风扇直径）就要增大短舱的直径，这直接增大了发动机的质量。另外，增大风扇的直径，将使高转速下的风扇叶尖速度增加 （风扇叶尖马赫数大于1.4），会造成很大的气动损失。若要降低风扇的气动损失，就必须降低转速，而降低风扇转速，就降低了低压转子的转速，相应地，也就降低了低压系统的效率。为了保持低压压气机与低压涡轮的效率，就要增加低压系统的级数，相应增加了发动机的质量，使得系统复杂化。显然，通过增大涵道比的方式提高发动机性能的潜力已经不大，因而人们开始探索开发新的方案。
　　　　
　　20世纪70年代末，普惠公司等航空发动机设计与制造商就认识到，如果在风扇和低压压气机间引入一个减速齿轮箱，就可以在低压转子保持能够取得较高效率的高转速下工作的同时，使风扇在气动损失和噪声都小的较低的转速下工作，进而实现"通过增大发动机涵道比，使发动机可靠性提高和耗油率、使用与维护成本、噪声均降低"的目的，并开始研究齿轮驱动涡扇发动机。
　　　　
　　20世纪80年代末、90年代初，普惠、菲亚特航空（Fiat Avio）和MTU等航空发动机设计与制造商开始联合研究齿轮驱动涡扇发动机PW8000，验证了一些关键技术。目前MTU公司已经将齿轮驱动涡扇发动机列为2010年后投入使用的发动机。
　　
　　一、齿轮驱动涡扇发动机PW8000的设计特点
　　　　
　　PW8000发动机由实心的无凸肩的风扇、3级高速低压压气机、5级高速高压比高压压气机、先进的低氮氧化物排放物技术（TALON）燃烧室、单级高负荷高压涡轮、3级高速对转的低压涡轮、驱动风扇的齿轮箱和排气喷管等构成。PW8000发动机主要技术指标：推力为111～156kN（25000～30000lbf）；质量为3800kg；长度为3.15m；涵道比为11；压气机总压比为40；风扇直径为1.93m（同级发动机的为1.65m）。其齿轮箱环形齿轮质量为220kg，直径为0.4318m（17in），减速比为3：1，额定功率为23800kW(32300shp),效率达99%。其污染物排放量较1996年规定的水平至少降低40%，燃油消耗量较传统涡扇发动机的降低了9%。
　　　　
　　PW8000发动机另一个突出特点是维护费用低。与传统的涡扇发动机相比，该发动机转子数由原来的20级减至13级（减少了40%），压气机和涡轮转子叶片数减少了52%，进而使维护费用和使用费用分别降低了30%和10%。另外，先进的诊断与健康监控技术、单元体设计、坚固的无凸肩风扇、优化间距的风扇和分流器、低展弦比的低压与高压压气机叶片、先进的高性能且低风险的高压压气机、浮动壁燃烧室、允许减少级数的齿轮箱，也进一步降低了发动机的维护费用。
　　
　　二、齿轮驱动涡扇发动机PW8000的关键技术
　　 　
　　由于齿轮箱、高速低压转子和核心机部件采用轻质材料和先进的气动设计技术，PW8000发动机具有结构紧凑、效率高、燃油消耗率低、噪声小、质量轻等特点。
　　　　
　　1 . 减速齿轮箱
　　　　
　　减速齿轮箱的质量、可靠性是齿轮驱动的涡扇发动机研制的关键。PW8000发动机齿轮箱由菲亚特和MTU公司为先进涵道推进器（ADP）方案联合研制的29800kW的齿轮箱衍变而来，其研制采用了普惠公司多年来涡轮螺桨、涡轮轴和较小涡扇发动机的主齿轮箱研究成果，继承了ADP计划的先进技术，吸收了菲亚特公司多年的设计、试验和研制经验。
　　　　
　　PW8000发动机的齿轮箱是一个行星系统，具有结构紧凑、质量轻、热负荷较低（比预计的低50％）等特点。在此结构中，低压转子进口轴和太阳齿轮驱动5个小行星齿轮，行星齿轮在轴颈轴承上转动,并驱动环形齿轮，环形齿轮再驱动风扇轴。
　　　　
　　PW8000发动机的齿轮箱系统在润滑、冷却系统、轴承和控制齿轮箱的挠曲等方面（而不是在齿轮箱本身的机械方面）进行了设计革新。润滑和冷却系统的改进主要来自于"齿轮箱中80%的发热实际上都来自涡流的形成，而不是润滑"这一研究结果。改进设计的新润滑系统将滑油循环出齿轮的速度提高了1倍，滑油只传输到齿轮箱内真正需要润滑的区域，然后尽快循环出齿轮箱，高效地排出热量，防止热负荷的堆积。对轴承系统进行了重新设计，实现了真正的自对准。齿轮箱中轴颈轴承取得的最大改进得益于采用电子机械分子涂层工艺，大大加强了轴颈轴承所用的不同材料的粘结效果。设计了1个特殊的真空膜盒（波纹管），将齿轮箱与发动机其余部分隔开，使齿轮箱不受发动机工作时产生的挠曲损伤。减速齿轮箱采用了"自定中心"的技术，消除了齿轮错位和应力。
　　　　
　　2. 高速低压转子
　　　　
　　高速低压压气机和低压涡轮是PW8000发动机关键部件之一。目前，直接驱动的涡扇发动机的低压转子因为工作在亚声速流动区,所以效率很高。而齿轮驱动涡扇发动机的高速低压转子工作在跨声速流动区，效率提高只能逐渐实现。由于增加了齿轮箱,且风扇与发动机短舱直径更大，发动机的质量更重，故要求高速低压转子的级数与部件数要明显减少，低压部件的负荷要降低，叶片数量要进一步减少，进而降低制造和维护成本。
　　　　
　　(1) 高速低压压气机
　　　　
　　由于高速低压压气机工作在比传统涡轮风扇发动机高得多的转速和马赫数下，所以PW8000发动机的低压压气机可以取得较高的性能。其总的设计目标是：级数减少50%；长度缩短50%；制造和维护成本降低；质量减轻。尽管高速低压压气机设计面临气动性能和结构完整性2个方面的挑战，但该高速低压压气机还是确定了较高的设计指标：较高的级压比；较高的多变效率（89%）；较宽的工作范围；较大的喘振裕度（超过20%）；较长的部件寿命（大于20000循环）；较高的叶尖速度（400m/s）。在气动方面，尽管高速低压压气机工作在与高压压气机的负荷相当、且雷诺数相对较低的不理想的跨声速流场条件下，流道几何形状又可能受齿轮箱的限制和粗大支杆的干扰，但是，其工作范围和部件效率必须等于或超过当今最好的传统低压压气机；在结构方面，由于轮缘负荷要比传统低压压气机的高出3～4倍，故要求其采用类似高压压气机那样的机械设计。
　　　　
　　MTU公司研制了在大涵道比发动机典型工作速度下的3级高速气动设计的低压压气机，其气动参数见表1。为了达到要求的宽工作范围和好的流量适应性，该低压压气机所有导向叶片几何形状均可调；为了获取短的轴向长度和轻的结构质量，采用了大展弦比叶片设计；为了在采用高气动负荷叶片前提下取得满意的效率和大的喘振裕度，采用了三维设计的导向叶片和环向造型；为了降低噪声，在试验中，进口安装了用于测量声压分布的16个扩声器，以弄清其噪声形成机理及降低噪声的潜力；为了实现气动设计最优，MTU公司采用同空间研究机构（DLR）Koin紧密合作开发的先进三维 CFD设计方法，用适当的紊流模型研究紊流影响，利用附加的、扩展的计算码模拟静子叶片和转子叶片间的高度非稳交互作用，估算出在转子叶片上出现的并冲击到上游导向器上的上游传播激波的影响。
　　　　
　　为了进一步减轻质量和改进机械设计，PW8000发动机高速低压压气机采用了一些新颖的结构和轻质材料。例如，低压压气机采用整体叶盘结构，使质量减轻（减轻15%～20%），寿命延长，可靠性提高；由于通过优化纤维取向修正特定应用的复合材料静子叶片的固有频率可以允许加大其许用机械和气动力设计空间，MTU公司计划将PMC复合材料应用于低压压气机进口静子叶片、第1级或第2级可调静子叶片，可减轻质量，降低成本；MTU公司准备采用在CRISP计划中设计和加工、并在DLR的推进技术研究所试验成功的PMC复合材料转子叶片，以减轻质量和实现三维气动设计形状。
　　　　
　　（2）高速低压涡轮
　　　　
　　风扇转速和低压转子转速分开对低压涡轮具有决定性的影响。预期的PW8000发动机高速低压涡轮的总目标是：级数减少40%～60%；长度缩短20%；制造/维修成本降低；质量减轻20%。尽管面临着涡轮进口温度急需提高、机械负荷急剧增加和处于跨声速流动区等不利的工作条件下，还是给PW8000发动机高速低压涡轮确定了较高的设计指标：效率大于93%；在高的级压比下总压比为7～11；叶尖速度大于400m/s；机械负荷A·N2＞104m2/s2；涡轮进口温度达1300K；部件寿命不小于20000循环。
　　　　
　　现代传统低压涡轮的高效率主要得益于适中的亚声速流动马赫数。而高速低压涡轮较高的切线速度导致了几乎所有的导向叶片和转子叶片排都处于跨声速流动状态，因而，其静子和转子叶栅内部流场包含了局部埋置的激波前锋。这些激波前锋同边界层相互作用，并产生附加损失，趋向于降低高速低压涡轮的效率。
　　　　
　　低压涡轮较高的切线速度又导致涡轮盘出现高的机械负荷，况且，极高的离心负荷对转子叶片的设计也有重大影响。例如，在轮毂截面处，该叶片根部型面的横截面和厚度较之传统低压涡轮明显加大和增厚。增厚的型面与增大的马赫数，将造成更大的流动堵塞，导致在吸力边轮廓处出现更大的峰值马赫数，引起更强的激波前锋及更大的效率损失。高的机械负荷通常是由附加的热应力施加的，而采用单级高压涡轮的发动机的低压涡轮更容易造成高机械负荷。为此，低压涡轮需要增加主动冷却的进口导向器叶片。因而，需要利用模拟流体动力学、传热和热扩散过程的先进耦合模型进行瞬态热分析，评估叶片结构的热应力。
　　　　
　　利用过去15年所研究的高速低压涡轮的技术和成果以及在军用高压涡轮研制和批生产方面积累的丰富经验，MTU公司设计并试验了PW8000发动机的3级对转高速低压涡轮。压比为5.7的第1台3级高速低压涡轮试验件，于1997年在德国斯图加特大学的高空试验设备上进行了高空模拟试验。试验表明：为了提高效率和增大压比而重新设计的叶片，明显扩展了MTU公司跨声速低压涡轮设计的经验值；高速低压涡轮的效率等于最好的常规设计涡轮的效率；采用切边设计可以有效降低噪声。第2台3级高速低压涡轮试验件采用了三维气动设计的叶片，在机械设计方面进行了较大改进，压比提高到6.3，于1998年和1999年进行了试验。试验表明：对所有叶型重新进行的三维气动设计提高了流场马赫数，增大了气动负荷，使低压涡轮在较高压比下取得了与最好的常规设计涡轮相同或略高的效率；对非稳叶排相互作用与端壁流区的研究和二次流管理的改进，使核心气流损失大大减少；具有很好的操作特性和极高的效率；气动设计点的效率超过了90%。
　　　　
　　3. 高效紧凑的核心机
　　 　
　　PW8000发动机采用与PW6000同样的核心机，包括高转速且高转角的高压压气机、TALON燃烧室和单级高负荷高压涡轮。
　　　　
　　MTU公司的6级高负荷跨声速高压压气机的总压比达到了11.9，超过了所有现役航空发动机压气机的平均级压比1.5。采用了在可比的性能下具有高的气动稳定性和机械可靠性的紧凑的宽弦叶片，实现了少级数设计；采用了宽弦叶片，减少了转子叶片和静子叶片的数量，降低了制造、使用和维护成本；进口导向器及第1级叶片排采用了可调几何形状设计，在全转速下提供了宽广和稳定的工作范围；为了从转子结构内部引气，第4级装有数根管子，将压缩和加热的空气引入到转子内部，以降低转子盘的温度梯度，从而减小热应力；前4级转子的材料采用钛合金，而后端部件则采用镍合金。
　　
　　低排放燃烧室采用的是普惠公司研制的第2代TALON燃烧室。该燃烧室是一种富油-粹熄-贫油（RQL）分级燃烧室，前端维持一个富油段，以提供发动机安全工作所需的稳定性和其他性能。接下来的是快速粹熄区，空气与从前端来的富油混合物快速混合，缩短高温时间，降低氮氧化物排放量。该燃烧室采用浮动壁火焰筒，易于更换和维修；采用碳化硅/碳化硅陶瓷基复合材料涂层和冲击气膜冷却技术，可以进一步降低冷却空气量，从而降低氮氧化物的排放量；采用气动雾化喷嘴，使燃油在很短的时间内充分雾化，并完全燃烧，可以降低燃烧室污染物的排放量；采用重新设计的冷却空气扩散孔，使燃烧室空气的稀释度增加，大大降低了氮氧化物的排放。
　　　　
　　单级高压涡轮是在PW4000、PW2000、V2500发动机和一些军用发动机研制计划的技术和经验的基础上发展的。工作叶片采用单晶材料制造，静子叶片涂有陶瓷涂层，外部空气密封采用薄的陶瓷，轮盘采用粉末冶金制造。
　　
　　三、结束语
　　　　综上所述，由于技术优势明显，齿轮驱动涡扇发动机正在欧美等国家大力研究和开发。随着欧美航空发动机技术预先研究计划成果的不断应用，航空发动机部件效率进一步提高、质量显著减轻、寿命不断增长、耐久性稳步提高，齿轮驱动涡扇发动机将得到较快的发展，预计2015年左右投入使用。随着航空发动机技术的飞速发展，较低的燃油消耗率、较好的环保特性和经济性已经成为大涵道比涡扇发动机必须达到的目标。
　　　　
　　研究表明，提高大涵道比涡扇发动机的涵道比能够提高发动机的推进效率，并且因降低了排气速度与风扇叶尖速度而减小了发动机的噪声。但是，涵道比若增大到一定值会带来了一些棘手的问题。因为增大涵道比（增大风扇直径）就要增大短舱的直径，这直接增大了发动机的质量。另外，增大风扇的直径，将使高转速下的风扇叶尖速度增加 （风扇叶尖马赫数大于1.4），会造成很大的气动损失。若要降低风扇的气动损失，就必须降低转速，而降低风扇转速，就降低了低压转子的转速，相应地，也就降低了低压系统的效率。为了保持低压压气机与低压涡轮的效率，就要增加低压系统的级数，相应增加了发动机的质量，使得系统复杂化。显然，通过增大涵道比的方式提高发动机性能的潜力已经不大，因而人们开始探索开发新的方案。
　　　　
　　20世纪70年代末，普惠公司等航空发动机设计与制造商就认识到，如果在风扇和低压压气机间引入一个减速齿轮箱，就可以在低压转子保持能够取得较高效率的高转速下工作的同时，使风扇在气动损失和噪声都小的较低的转速下工作，进而实现"通过增大发动机涵道比，使发动机可靠性提高和耗油率、使用与维护成本、噪声均降低"的目的，并开始研究齿轮驱动涡扇发动机。
　　　　
　　20世纪80年代末、90年代初，普惠、菲亚特航空（Fiat Avio）和MTU等航空发动机设计与制造商开始联合研究齿轮驱动涡扇发动机PW8000，验证了一些关键技术。目前MTU公司已经将齿轮驱动涡扇发动机列为2010年后投入使用的发动机。
　　
　　一、齿轮驱动涡扇发动机PW8000的设计特点
　　　　
　　PW8000发动机由实心的无凸肩的风扇、3级高速低压压气机、5级高速高压比高压压气机、先进的低氮氧化物排放物技术（TALON）燃烧室、单级高负荷高压涡轮、3级高速对转的低压涡轮、驱动风扇的齿轮箱和排气喷管等构成。PW8000发动机主要技术指标：推力为111～156kN（25000～30000lbf）；质量为3800kg；长度为3.15m；涵道比为11；压气机总压比为40；风扇直径为1.93m（同级发动机的为1.65m）。其齿轮箱环形齿轮质量为220kg，直径为0.4318m（17in），减速比为3：1，额定功率为23800kW(32300shp),效率达99%。其污染物排放量较1996年规定的水平至少降低40%，燃油消耗量较传统涡扇发动机的降低了9%。
　　　　
　　PW8000发动机另一个突出特点是维护费用低。与传统的涡扇发动机相比，该发动机转子数由原来的20级减至13级（减少了40%），压气机和涡轮转子叶片数减少了52%，进而使维护费用和使用费用分别降低了30%和10%。另外，先进的诊断与健康监控技术、单元体设计、坚固的无凸肩风扇、优化间距的风扇和分流器、低展弦比的低压与高压压气机叶片、先进的高性能且低风险的高压压气机、浮动壁燃烧室、允许减少级数的齿轮箱，也进一步降低了发动机的维护费用。
　　
　　二、齿轮驱动涡扇发动机PW8000的关键技术
　　 　
　　由于齿轮箱、高速低压转子和核心机部件采用轻质材料和先进的气动设计技术，PW8000发动机具有结构紧凑、效率高、燃油消耗率低、噪声小、质量轻等特点。
　　　　
　　1 . 减速齿轮箱
　　　　
　　减速齿轮箱的质量、可靠性是齿轮驱动的涡扇发动机研制的关键。PW8000发动机齿轮箱由菲亚特和MTU公司为先进涵道推进器（ADP）方案联合研制的29800kW的齿轮箱衍变而来，其研制采用了普惠公司多年来涡轮螺桨、涡轮轴和较小涡扇发动机的主齿轮箱研究成果，继承了ADP计划的先进技术，吸收了菲亚特公司多年的设计、试验和研制经验。
　　　　
　　PW8000发动机的齿轮箱是一个行星系统，具有结构紧凑、质量轻、热负荷较低（比预计的低50％）等特点。在此结构中，低压转子进口轴和太阳齿轮驱动5个小行星齿轮，行星齿轮在轴颈轴承上转动,并驱动环形齿轮，环形齿轮再驱动风扇轴。
　　　　
　　PW8000发动机的齿轮箱系统在润滑、冷却系统、轴承和控制齿轮箱的挠曲等方面（而不是在齿轮箱本身的机械方面）进行了设计革新。润滑和冷却系统的改进主要来自于"齿轮箱中80%的发热实际上都来自涡流的形成，而不是润滑"这一研究结果。改进设计的新润滑系统将滑油循环出齿轮的速度提高了1倍，滑油只传输到齿轮箱内真正需要润滑的区域，然后尽快循环出齿轮箱，高效地排出热量，防止热负荷的堆积。对轴承系统进行了重新设计，实现了真正的自对准。齿轮箱中轴颈轴承取得的最大改进得益于采用电子机械分子涂层工艺，大大加强了轴颈轴承所用的不同材料的粘结效果。设计了1个特殊的真空膜盒（波纹管），将齿轮箱与发动机其余部分隔开，使齿轮箱不受发动机工作时产生的挠曲损伤。减速齿轮箱采用了"自定中心"的技术，消除了齿轮错位和应力。
　　　　
　　2. 高速低压转子
　　　　
　　高速低压压气机和低压涡轮是PW8000发动机关键部件之一。目前，直接驱动的涡扇发动机的低压转子因为工作在亚声速流动区,所以效率很高。而齿轮驱动涡扇发动机的高速低压转子工作在跨声速流动区，效率提高只能逐渐实现。由于增加了齿轮箱,且风扇与发动机短舱直径更大，发动机的质量更重，故要求高速低压转子的级数与部件数要明显减少，低压部件的负荷要降低，叶片数量要进一步减少，进而降低制造和维护成本。
　　　　
　　(1) 高速低压压气机
　　　　
　　由于高速低压压气机工作在比传统涡轮风扇发动机高得多的转速和马赫数下，所以PW8000发动机的低压压气机可以取得较高的性能。其总的设计目标是：级数减少50%；长度缩短50%；制造和维护成本降低；质量减轻。尽管高速低压压气机设计面临气动性能和结构完整性2个方面的挑战，但该高速低压压气机还是确定了较高的设计指标：较高的级压比；较高的多变效率（89%）；较宽的工作范围；较大的喘振裕度（超过20%）；较长的部件寿命（大于20000循环）；较高的叶尖速度（400m/s）。在气动方面，尽管高速低压压气机工作在与高压压气机的负荷相当、且雷诺数相对较低的不理想的跨声速流场条件下，流道几何形状又可能受齿轮箱的限制和粗大支杆的干扰，但是，其工作范围和部件效率必须等于或超过当今最好的传统低压压气机；在结构方面，由于轮缘负荷要比传统低压压气机的高出3～4倍，故要求其采用类似高压压气机那样的机械设计。
　　　　
　　MTU公司研制了在大涵道比发动机典型工作速度下的3级高速气动设计的低压压气机，其气动参数见表1。为了达到要求的宽工作范围和好的流量适应性，该低压压气机所有导向叶片几何形状均可调；为了获取短的轴向长度和轻的结构质量，采用了大展弦比叶片设计；为了在采用高气动负荷叶片前提下取得满意的效率和大的喘振裕度，采用了三维设计的导向叶片和环向造型；为了降低噪声，在试验中，进口安装了用于测量声压分布的16个扩声器，以弄清其噪声形成机理及降低噪声的潜力；为了实现气动设计最优，MTU公司采用同空间研究机构（DLR）Koin紧密合作开发的先进三维 CFD设计方法，用适当的紊流模型研究紊流影响，利用附加的、扩展的计算码模拟静子叶片和转子叶片间的高度非稳交互作用，估算出在转子叶片上出现的并冲击到上游导向器上的上游传播激波的影响。
　　　　
　　为了进一步减轻质量和改进机械设计，PW8000发动机高速低压压气机采用了一些新颖的结构和轻质材料。例如，低压压气机采用整体叶盘结构，使质量减轻（减轻15%～20%），寿命延长，可靠性提高；由于通过优化纤维取向修正特定应用的复合材料静子叶片的固有频率可以允许加大其许用机械和气动力设计空间，MTU公司计划将PMC复合材料应用于低压压气机进口静子叶片、第1级或第2级可调静子叶片，可减轻质量，降低成本；MTU公司准备采用在CRISP计划中设计和加工、并在DLR的推进技术研究所试验成功的PMC复合材料转子叶片，以减轻质量和实现三维气动设计形状。
　　　　
　　（2）高速低压涡轮
　　　　
　　风扇转速和低压转子转速分开对低压涡轮具有决定性的影响。预期的PW8000发动机高速低压涡轮的总目标是：级数减少40%～60%；长度缩短20%；制造/维修成本降低；质量减轻20%。尽管面临着涡轮进口温度急需提高、机械负荷急剧增加和处于跨声速流动区等不利的工作条件下，还是给PW8000发动机高速低压涡轮确定了较高的设计指标：效率大于93%；在高的级压比下总压比为7～11；叶尖速度大于400m/s；机械负荷A·N2＞104m2/s2；涡轮进口温度达1300K；部件寿命不小于20000循环。
　　　　
　　现代传统低压涡轮的高效率主要得益于适中的亚声速流动马赫数。而高速低压涡轮较高的切线速度导致了几乎所有的导向叶片和转子叶片排都处于跨声速流动状态，因而，其静子和转子叶栅内部流场包含了局部埋置的激波前锋。这些激波前锋同边界层相互作用，并产生附加损失，趋向于降低高速低压涡轮的效率。
　　　　
　　低压涡轮较高的切线速度又导致涡轮盘出现高的机械负荷，况且，极高的离心负荷对转子叶片的设计也有重大影响。例如，在轮毂截面处，该叶片根部型面的横截面和厚度较之传统低压涡轮明显加大和增厚。增厚的型面与增大的马赫数，将造成更大的流动堵塞，导致在吸力边轮廓处出现更大的峰值马赫数，引起更强的激波前锋及更大的效率损失。高的机械负荷通常是由附加的热应力施加的，而采用单级高压涡轮的发动机的低压涡轮更容易造成高机械负荷。为此，低压涡轮需要增加主动冷却的进口导向器叶片。因而，需要利用模拟流体动力学、传热和热扩散过程的先进耦合模型进行瞬态热分析，评估叶片结构的热应力。
　　　　
　　利用过去15年所研究的高速低压涡轮的技术和成果以及在军用高压涡轮研制和批生产方面积累的丰富经验，MTU公司设计并试验了PW8000发动机的3级对转高速低压涡轮。压比为5.7的第1台3级高速低压涡轮试验件，于1997年在德国斯图加特大学的高空试验设备上进行了高空模拟试验。试验表明：为了提高效率和增大压比而重新设计的叶片，明显扩展了MTU公司跨声速低压涡轮设计的经验值；高速低压涡轮的效率等于最好的常规设计涡轮的效率；采用切边设计可以有效降低噪声。第2台3级高速低压涡轮试验件采用了三维气动设计的叶片，在机械设计方面进行了较大改进，压比提高到6.3，于1998年和1999年进行了试验。试验表明：对所有叶型重新进行的三维气动设计提高了流场马赫数，增大了气动负荷，使低压涡轮在较高压比下取得了与最好的常规设计涡轮相同或略高的效率；对非稳叶排相互作用与端壁流区的研究和二次流管理的改进，使核心气流损失大大减少；具有很好的操作特性和极高的效率；气动设计点的效率超过了90%。
　　　　
　　3. 高效紧凑的核心机
　　 　
　　PW8000发动机采用与PW6000同样的核心机，包括高转速且高转角的高压压气机、TALON燃烧室和单级高负荷高压涡轮。
　　　　
　　MTU公司的6级高负荷跨声速高压压气机的总压比达到了11.9，超过了所有现役航空发动机压气机的平均级压比1.5。采用了在可比的性能下具有高的气动稳定性和机械可靠性的紧凑的宽弦叶片，实现了少级数设计；采用了宽弦叶片，减少了转子叶片和静子叶片的数量，降低了制造、使用和维护成本；进口导向器及第1级叶片排采用了可调几何形状设计，在全转速下提供了宽广和稳定的工作范围；为了从转子结构内部引气，第4级装有数根管子，将压缩和加热的空气引入到转子内部，以降低转子盘的温度梯度，从而减小热应力；前4级转子的材料采用钛合金，而后端部件则采用镍合金。
　　
　　低排放燃烧室采用的是普惠公司研制的第2代TALON燃烧室。该燃烧室是一种富油-粹熄-贫油（RQL）分级燃烧室，前端维持一个富油段，以提供发动机安全工作所需的稳定性和其他性能。接下来的是快速粹熄区，空气与从前端来的富油混合物快速混合，缩短高温时间，降低氮氧化物排放量。该燃烧室采用浮动壁火焰筒，易于更换和维修；采用碳化硅/碳化硅陶瓷基复合材料涂层和冲击气膜冷却技术，可以进一步降低冷却空气量，从而降低氮氧化物的排放量；采用气动雾化喷嘴，使燃油在很短的时间内充分雾化，并完全燃烧，可以降低燃烧室污染物的排放量；采用重新设计的冷却空气扩散孔，使燃烧室空气的稀释度增加，大大降低了氮氧化物的排放。
　　　　
　　单级高压涡轮是在PW4000、PW2000、V2500发动机和一些军用发动机研制计划的技术和经验的基础上发展的。工作叶片采用单晶材料制造，静子叶片涂有陶瓷涂层，外部空气密封采用薄的陶瓷，轮盘采用粉末冶金制造。
　　
　　三、结束语
　　　　综上所述，由于技术优势明显，齿轮驱动涡扇发动机正在欧美等国家大力研究和开发。随着欧美航空发动机技术预先研究计划成果的不断应用，航空发动机部件效率进一步提高、质量显著减轻、寿命不断增长、耐久性稳步提高，齿轮驱动涡扇发动机将得到较快的发展，预计2015年左右投入使用。