Quais são as limitações na adoção da tecnologia GTF (Geared Turbofan)?

Os fatores que são relevantes aqui são:

• Aumentar a taxa de desvio é muito desejável para melhorar a eficiência do motor e, para a mesma quantidade de empuxo, isso significa aumentar o diâmetro do ventilador.
• Para manter o ventilador na maior parte subsônico, a velocidade de rotação do ventilador tem que diminuir com o aumento dos diâmetros do ventilador. As pontas das pás do ventilador supersônico são possíveis e estão em uso, mas você perde eficiência e aumenta o ruído, por isso é desejável limitar isso à área mais externa.
• Para a mesma eficiência, uma turbina de baixa velocidade requer mais estágios e, portanto, mais peso em comparação com uma turbina de alta velocidade. Compare o LPT de 3 estágios da PW1100G (com engrenagem) com o LPT de 7 estágios do LEAP-1A (sem engrenagem).
• A única maneira de desacoplar a velocidade de rotação do LPT da velocidade de rotação do ventilador é usando uma caixa de engrenagens.

A longo prazo, portanto, é uma questão de saber se a caixa de engrenagens é mais pesada que uma LPT com torneamento mais lento e se um possível aumento nos custos de manutenção devido à caixa de câmbio é aceitável para o ganho de eficiência ou redução no peso do motor . Com mais aumentos nas taxas de derivação do motor, a caixa de engrenagens torna-se cada vez mais atraente.

No curto prazo, também é uma questão de saber se uma empresa quer arriscar desenvolver um componente completamente novo, com possíveis problemas antes e depois da entrada em serviço. Além disso, com uma certa quantia de dinheiro e mão de obra para desenvolver um novo motor, a gerência perguntará: Onde as horas de engenharia vão fazer uma diferença maior, na melhoria dos projetos de ventiladores, compressores, turbinas e câmaras de combustão / materiais / ... ou em um design de caixa de velocidades.

Em conclusão à análise do @ JulianHzg:

Increasing the bypass ratio is very desirable in order to improve the efficiency of the engine, and for the same amount of thrust, this means increasing the fan diameter

Aumentar a taxa de bypass é certamente uma maneira de alcançar uma maior eficiência (e talvez o tópico mais desenvolvido no momento em motores de aeronaves), mas somente se você puder fornecer ao motor um gerador de gás potente o suficiente, aumentando o desvio proporção é limitada por outros parâmetros, como a temperatura da câmara de combustão e a eficiência da turbina.

In order to keep the fan mostly subsonic, the fan rotational speed has to decrease with increasing fan diameters. Supersonic fan blade tips are possible and in use, but you lose efficiency and increase noise, so it's desirable to limit this to the outermost area.

Além disso, lâminas permanentemente submetidas a ondas de choque tendem a ter uma vida útil muito curta devido à fadiga de ciclo muito alta. Portanto, as pessoas tendem a evitar condições de fluxo supersônico.

For the same efficiency, a low-speed turbine requires more stages and therefore more weight compared to a high-speed turbine. Compare the PW1100G's 3-stage LPT (geared) with LEAP-1A's 7-stage LPT (not geared).

Basicamente, a velocidade de rotação de cada elemento deve ser adaptada à velocidade do fluido. Portanto, se cada elemento rotativo for acionado pelo mesmo eixo, o fluxo deve ser adaptado, adicionando-se estágios nos módulos da turbina ou do compressor. Se você tem dois eixos, um lento (bom para o ventilador) e um rápido (bom para a turbina), você obtém um melhor compromisso em termos de eficiência. No entanto, isso coloca outros problemas (instabilidades rotodinâmicas, por exemplo), o que explica por que a Rolls-Royce é a única fabricante a propor três eixos (ainda melhor em termos de eficiência, mas também muito complexos).

A caixa de engrenagens permite manter o uso de dois eixos, melhorando a adaptação entre o fluido e o elemento giratório.

A questão sobre o peso da caixa de câmbio é muito importante, deve ser lembrado que uma caixa de câmbio pode transmitir a potência do LPT para o ventilador, então não é uma caixa de câmbio simples seu carro. Além disso, embora as caixas de engrenagens epicicloidais tenham uma potência de transmissão muito boa com a utilização de tais trens, os custos de energia, criam calor, exigem lubrificação e manutenção.