涡轮轴发动机

燃气涡轮发动机

在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮（即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮），而且主要用在直升机和垂直/短距起落飞机上。

应用

在带有压气机的涡轮发动机这一类型中，涡轮轴发动机出现得较晚，但已在直升机和垂直/短距起落飞机上得到了广泛的应用。

涡轮轴发动机于1951年12月开始装在直升机上，作第一次飞行。那时它属于涡轮螺桨发动机，并没有自成体系。以后随着直升机在军事和国民经济上使用越来越普遍，涡轮轴发动机才获得独立的地位。

构造原理

在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，如图所示，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。此外，从涡轮流出来的燃气，经过尾喷管喷出，可产生一定的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右。有时喷速过小，甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不像涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排。

涡轮轴发动机是用于直升机的，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。按照涡轮风扇发动机的理论，从理论上讲，旋翼的直径愈大愈好。同样的核心发动机，产生同样的循环功率，所配合的旋翼直径愈大，则在旋翼上所产生的升力愈大。事实上，由于在能量转换过程中有损失，旋翼也不可能制成无限大，所以，旋翼的直径是有限制的。一般说，通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。

同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置——活塞发动机采相比，涡轮轴发动机的功率重量比要大得多，在2.5以上。而且就发动机所产生的功率来说，涡轮轴发动机也大得多，目前使用中的涡轮轴发动机所产生的功率，最高可达6000马力甚至10000马力，活塞发动则相差很远。在经济性上，涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜，这在一定程度上得到了弥补。当然，涡轮轴发动机也有其不足之处。它制造比较困难，制造成本也较高。特别是由于旋翼的转速更低，它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速系统，有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。

主要参数

1.发动机功率

作为涡轮轴发动机，通常是把体内减速器视为它的一个部件，所以发动机功率是指经体内减速器输出的功率。对于有些大型的涡轮轴发动机，发动机作为一个部件，其中并不包括体内减速器。所指的功率就是涡轮轴的输出功率。作为性能指标，一般指的是最大起飞功率。与涡轮喷气发动机的推力大小一样，功率大小也不能体现发动机的好坏。但必须注意到，对于现有正在使用的发动机，只要它还有改型的价值，提高最大起飞功率，往往是一个机种改进改型的一个方面。这样，可在不花费过多财力物力的条件下，提高飞机的性能，扩大使用领域，或改善飞机的性能。

2.单位功率

3.功率重量比

大型的涡轮轴发动机，如功率为7000kw，这一指标可达7kw/kg以上，而小型的，如功率为200kw的，仅为3kw/kg左右。但必须指出，前者是没有体内减速器的，后者是包括体内减速器的。所以，在评价这一性能指标时，这一点是必须注意的。一般说大型的和小型的不应当在一起比较，用以评价它们的好坏。

4.单位燃油消耗率

在最大起飞功率状态，大型的涡轮轴发动机，可达0.270kg/kw*h左右，小型的约在0.400kg/kw*h左右

5.发动机剩余推力

一般情况，排气速度很低，可忽略这部分推力的作用，排气方向也不一定与飞机前进方向相反。为了结构上的方便，可任意安排排气方向。个别情况，排气速度较高，例如120m/s以上，对于功率为1000kw的发动机，在起飞状态约可获得60daN的推力，这是不可忽视的。当然，在巡航状态，飞机有前进的速度，推力要小得多。为了使这部分推力起作用，在总体安排时应采用前输出轴，使排气的方向与前进方向相反。

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