從上式可以看出渦輪的軸功率與氣流轉(zhuǎn)角β至和，渦輪轉(zhuǎn)速U，氣流軸向流速ca有關(guān)。且與這些參數(shù)成正比。

       但是軸向速度ca不能無(wú)限加大。即當(dāng)燃?xì)獾竭_(dá)當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，葉片出口產(chǎn)生激波，嚴(yán)重影響渦輪效率。氣流轉(zhuǎn)角對(duì)于多級(jí)渦輪來(lái)講也是相對(duì)固定的。過(guò)大的氣流轉(zhuǎn)角會(huì)造成下一級(jí)渦輪葉片的速度三角形不能與上一級(jí)疊加而工作困難。

      提升渦輪功率的辦法也僅限于提高渦輪前溫度和渦輪轉(zhuǎn)速。

     單純提高渦輪轉(zhuǎn)速會(huì)造成風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速超過(guò)當(dāng)?shù)匾羲?，風(fēng)扇效率也會(huì)大大降低。這樣的矛盾就催生了齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)。在渦輪與風(fēng)扇之間加入減速齒輪，將渦輪轉(zhuǎn)速提高到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的三倍。并相應(yīng)提高渦輪前溫度，使得渦輪葉尖和風(fēng)扇都在亞音速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于功率的提高也可以帶動(dòng)更大的風(fēng)扇，提供更高的涵道比。從而提高總推力以及單位推力。使得發(fā)動(dòng)機(jī)比以往直接傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)更加省油

如果在雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪、低壓壓氣機(jī)與風(fēng)扇間裝1 個(gè)減速器，首先使前二者能在最佳轉(zhuǎn)速下工作，然后通過(guò)減速器將轉(zhuǎn)速降低到風(fēng)扇的最佳轉(zhuǎn)速來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作，這樣，3個(gè)部件均工作于最佳轉(zhuǎn)速下，自然可使級(jí)數(shù)減少?gòu)亩_(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

GTF技術(shù)雖與三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)概念不同，但同樣可解決壓氣機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速上矛盾。不過(guò)齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由于減速齒輪箱的引入，必然帶來(lái)風(fēng)扇直徑的增加、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量增加，如果不能很好地解決質(zhì)量問(wèn)題，齒輪風(fēng)扇難以應(yīng)用；同時(shí)由于減速齒輪箱的引入，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分開(kāi)，對(duì)高速低壓壓氣機(jī)和高速低壓渦輪帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，工程實(shí)現(xiàn)上的難題有：

由于減速器采用了大量高速大負(fù)荷齒輪與軸承，其工作條件惡劣，需在高的輸入轉(zhuǎn)速(10000 轉(zhuǎn)/分左右)、高的傳動(dòng)功率(3萬(wàn)～4萬(wàn) kW以上)下安全、可靠地工作，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，是非常難作到的。即便傳動(dòng)效率達(dá)到97%，那么產(chǎn)生的熱量也達(dá)到900Kw，足以驅(qū)動(dòng)一輛主戰(zhàn)坦克，這對(duì)于潤(rùn)滑、冷卻、齒輪箱扭曲控制技術(shù)等方面的要有所突破，使減速齒輪箱滿足輕質(zhì)、高效和高可靠的設(shè)計(jì)要求；齒輪減速箱的行星齒輪結(jié)構(gòu)如上圖示，減速齒輪系統(tǒng)中間的太陽(yáng)齒輪傳動(dòng)的是低壓渦輪（LPT）的動(dòng)力，利用太陽(yáng)齒輪周?chē)男行驱X輪（5個(gè)）減速后再傳動(dòng)到外側(cè)齒輪，外側(cè)齒輪與風(fēng)扇相連。

由于GTF風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是分開(kāi)的，高速低壓壓氣機(jī)需要在比傳統(tǒng)風(fēng)扇更高的轉(zhuǎn)速和馬赫數(shù)下工作，同時(shí)由于齒輪箱的加入，其直徑增大，需要盡可能地減輕其重量，因此高速低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)面臨氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)完整性兩方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，因此需要突破輕質(zhì)、緊湊高速低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分開(kāi)會(huì)對(duì)低壓渦輪設(shè)計(jì)起著具有決定性的影響，傳統(tǒng)低壓渦輪高效率得益于適中的亞聲速流動(dòng)馬赫數(shù)，而高速低壓渦輪較高的切線速度導(dǎo)致整個(gè)流道處于跨聲速流動(dòng)狀態(tài)，流道內(nèi)的激波前鋒同附面層相互作用產(chǎn)生損失，降低效率，同時(shí)高切線速度又導(dǎo)致渦輪盤(pán)出現(xiàn)高的機(jī)械負(fù)荷，極高的離心負(fù)荷將導(dǎo)致輪轂截面處、葉片的橫截面和厚度較傳統(tǒng)低壓渦輪葉片明顯加大和增厚，增加低壓渦輪的重量，因此在齒輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制中需要突破高效、輕質(zhì)高速低壓渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)。

另外驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的減速器可使風(fēng)扇獨(dú)立于低壓壓氣機(jī)和渦輪而運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪和風(fēng)扇軸之間的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)必須采用柔性聯(lián)接。

美國(guó)普.惠公司（下簡(jiǎn)稱PW）于80年代投資3.5億美元，開(kāi)展了一項(xiàng)用于傳動(dòng)風(fēng)扇的減速器的發(fā)展、研究工作，當(dāng)時(shí)已取得突破性的進(jìn)展，研制成了一臺(tái)傳動(dòng)功率為2.4萬(wàn) kW、減速比約為3:1(輸入轉(zhuǎn)速9160轉(zhuǎn)/分，輸出轉(zhuǎn)速3250轉(zhuǎn)/分)的減速器。

20世紀(jì)90年代后期，PW提出了研制用減速器驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的PW8000高涵道比（涵道比為10）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。該減速器具有體積小(外徑僅為0.457米)、重量輕(約640公斤, 即每100馬力重0.98公斤)、可靠性高、傳動(dòng)效率高達(dá)99.5%等特點(diǎn)，不僅功率損失小，而且用于冷卻、潤(rùn)滑齒輪傳動(dòng)裝置的滑油溫升僅為27℃，大大減少了用于冷卻滑油的散熱器的體積，壽命指標(biāo)為30000H。這種減速器已被PW8000選用作為傳動(dòng)它的風(fēng)扇的減速器，使PW8000成為大推力級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)中第一種采用齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇的發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)，大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)呈現(xiàn)出行業(yè)集中度加快、三足鼎立、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的新趨勢(shì)，PW公司在軍品也面對(duì)強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

PW押寶GTF，試圖贏回正在逐漸失去的民用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，期待在醞釀中的新一代單通道客機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中向CFM國(guó)際公司（CFMI）的統(tǒng)治地位挑戰(zhàn)，并希望成為低推力級(jí)別強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。2008年7月范堡羅航展期間，普惠公司將GTF命名為“靜潔動(dòng)力PW1000G（PurePower 1000GTM）”，涵蓋了推力級(jí)別為66.7～133.5kN的新型齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

PW為其設(shè)定的目標(biāo)是，與目前發(fā)動(dòng)機(jī)（如V2500或CFM56）相比：

1、維修成本降低40%

2、噪聲水平比ICAO第4章低約15dB

3、排放比CAEP II限制低多達(dá)70%。

綜合來(lái)看，PW1000G發(fā)動(dòng)機(jī)有如下優(yōu)勢(shì)：

（一）大涵道比

GTF 發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比達(dá)到了12，是CFM56與V2500發(fā)動(dòng)機(jī)的2倍左右。涵道比的增大使其油耗比目前渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的降低12％。

（二）風(fēng)扇進(jìn)一步降速轉(zhuǎn)速減噪

GTF技術(shù)使風(fēng)扇與低壓渦輪及低壓壓氣機(jī)均可在適合的轉(zhuǎn)速下工作。為了降低風(fēng)扇噪聲，葉尖切線速度下調(diào)到u=324 m/s，噪音水平足足降低了15個(gè)分貝，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)場(chǎng)噪音低于起落架和襟翼噪音，也是沿線老百姓的福祉啊。

但在葉尖速度太低也影響效能，PW公司采用先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD，對(duì)葉尖進(jìn)行了處理，使其具有較先進(jìn)的性能，補(bǔ)充葉尖低速帶來(lái)效率降低。

（三）風(fēng)扇減重、減少級(jí)數(shù)和葉片

標(biāo)準(zhǔn)型非齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)有22～24 片葉片，而GTF發(fā)動(dòng)機(jī)只有20片后掠式風(fēng)扇葉片，這樣，后者風(fēng)扇系統(tǒng)的質(zhì)量減輕了；GTF發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇直徑為81英寸，2.06米，葉片作成雙弧形、無(wú)中間凸肩且空心的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕且氣動(dòng)性能好。

以PW1100G-JM為例，采用1-G-3-8-2-3，一級(jí)風(fēng)扇、一個(gè)齒輪減速器、3級(jí)低壓壓氣機(jī)、8級(jí)高壓壓氣機(jī)、2級(jí)高壓渦輪、3級(jí)低壓渦輪，8級(jí)高壓壓氣機(jī)具備先進(jìn)的氣動(dòng)特性，增壓比為14，平均級(jí)壓比為1.39，整體比類(lèi)似發(fā)動(dòng)機(jī)減少了6級(jí)左右。

壓氣機(jī)和渦輪級(jí)數(shù)減少帶來(lái)的好處是實(shí)實(shí)在在的，一般標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有3500片低壓壓氣機(jī)和低壓渦輪葉片，而GTF發(fā)動(dòng)機(jī)僅有約2000 片，可與增加的減速器的質(zhì)量相抵消。

因此，與相應(yīng)的非齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，GTF發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本預(yù)計(jì)可節(jié)省40%。