涡轮轴发动机

涡轴发动机在工作和结构上与涡轮螺旋桨发动机相似。都是从涡扇发动机的原理演变而来，只是后者把风扇变成了螺旋桨，而前者把风扇变成了直升机旋翼。此外，涡轴发动机也有自己的特点：它通常配备有一个自由涡轮（即设计用于输出功率而不驱动压缩机的涡轮机），主要用于直升机和垂直/短距起落飞机上。

涡轮轴发动机类似于涡轮螺旋桨发动机，曾被归为同一类。它们都是由涡轮喷气发动机演变而来的涡桨发动机驱动螺旋桨，而涡轴发动机驱动直升机的旋翼轴，以获得升力和气动控制力。当然，涡轴发动机也有自己的特点：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮喷气发动机一般没有自由涡轮。

涡轴发动机具有涡喷发动机的大部分特征，也有进气道、压气机、燃烧室和喷嘴等基本部件。其独特的自由涡轮位于燃烧室后面，高能气体通过传动轴对自由涡轮做功、减速器带动直升机的旋翼旋转，从而实现起飞和飞行。与其他涡轮机不同，自由涡轮机不驱动压缩机，但它专用于输出功率，类似于蒸汽涡轮机。做功后排出的气体通过尾喷管喷出，能量不大，产生的推力很小，只占总推力的十分之一左右。因此，为了满足直升机机身结构的需要，涡轴发动机的喷管可以灵活布置，可以向上向下或侧向布置，但不一定向后。尽管驱动压气机的燃气发生器涡轮和自由涡轮在涡轮轴发动机中没有机械连接，但它们在气动上是密切相关的。对于这两种涡轮，燃气热能的分配需要随着飞行条件的变化进行适当的调整，以获得发动机性能和直升机旋翼性能的最佳组合。

按照涡扇发动机的理论，涡轴发动机驱动的转子直径越大越好。因为同样的核心发动机，旋翼直径越大，旋翼上产生的升力越大。但是能量转换过程总是有损耗的，转子可以 因为材质的原因不能太大，所以转子的直径是有限的。在目前的水平下，旋翼驱动的气流一般是涡轴发动机的500到1000倍。

直升机唐 t飞得没有固定翼飞机快，最大水平飞行速度通常是350公里/小时或更少，因此涡轴发动机的进气道设计也更加灵活。通常来说，入流通道设计成收敛的形状，当气流收敛时带动气流加速，使流场更加均匀。进气唇口为流线型，适合亚音速流线要求，避免气流分离，保证压气机稳定运行。另外，由于直升机紧贴地面飞行，一般需要去除进气中的杂质，通常还有颗粒分离器。颗粒分离器可以与空气入口一体设计。分离器被设计成某种螺旋形状利用惯性力场，进气中的沙粒由于质量大，在转弯处获得较大的惯性力，被甩出主气流，通过分流器排出进气道。

虽然涡轴发动机的排气能量不高，但仍然是敌方红外探测设备相当客观的目标。发动机排气是直升机的主要热辐射源之一。战斗直升机必须降低自身热辐射强度，采用红外压制技术。一方面要尽量降低发动机外露热部件的表面温度，更重要的是将外界的冷空气引入并混合到高温的室外空气热流中，从而降低温度，稀释二氧化氯的浓度，降低红外特性。先进的红外抑制技术通常会把排气装置、冷却风道和发动机的安装位置已完成、有效的系统设计和制造。

压缩机有轴流式和离心式两种。轴流式压缩机，小面积、流量大；离心式结构简单、工作较稳定。涡轴发动机从纯轴流起步，发展到单级离心、从双级离心压缩机到轴流压缩机和离心压缩机的组合式压缩机经历了许多变化。目前涡轴发动机一般采用由几级轴流和一级离心组成的组合压气机，兼有两者的优点。国产涡轴-6、涡轴-发动机是由一级轴流和一级离心组成的组合式压气机；黑鹰”直升机上的T700发动机采用5级轴流和1级离心压气机。压缩机部件主要包括进气导流板、压气机转子、压缩机定子和防喘振装置等。压缩机转子是一个高速旋转的组件轴流式转子的叶片围绕工作叶轮呈叶栅状排列，而离心式转子 的叶片呈放射状铸造在叶轮外部。压缩机定子由压缩机外壳和静叶片组成。当转子旋转时，空气被转子叶片迫使向后流动，这不仅加速了空气，而且压缩了空气转子叶片后面的气压大于前面的气压。离开转子叶片后，气流进入起扩散器作用的定子叶片。在定子叶片的通道中，空气速度降低、当压力上升时，它被进一步压缩。一个转子加上一个定子称为第一级。为了测量通过压缩机的空气压缩程度，通常使用压缩后的压力与压缩前的压力之比，即压力增加比。

在结构上，涡轮轴发动机也有进气口、压气机、燃烧室排气喷嘴和其它气体发生器基本上已建成，但一般都装有自由涡轮如图，前面是两级普通涡轮，驱动压气机，保持发动机工作，后面第二级是自由涡轮，气体在其中做功，专门用来通过传动轴带动直升机的旋翼旋转，使其飞行。另外，涡轮流出的气体通过尾喷管喷出时，可以产生一定的推力由于喷射速度低，这个推力很小，如果换算成功率，大约只有总功率的十分之一。有时喷射速度太小，甚至产生不了推力。为了合理安排直升机的结构，涡轴发动机的喷管可以向上向下或侧向，不像涡喷发动机必须向后。这有利于直升机设计的总体安排。

涡轴发动机用于直升机，它与旋翼共同构成直升机的动力装置。按照涡扇发动机的理论，理论上来说，转子的直径越大越好。同样的核心发动机产生同样的循环功率，旋翼直径越大，旋翼上产生的升力越大。实际上，由于能量转换过程中的损耗，转子不可能做成无限大，所以转子的直径是有限的。——，通过转子的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。

在带压气机的涡轮发动机类型中，涡轴发动机出现较晚，但它已用于直升机和垂直/短距起落飞机已被广泛使用。

涡轮轴发动机于1951年12月安装在直升机上，进行了首次飞行。当时是涡桨发动机，没有自己的系统。以后，随着直升机在军事和国民经济中的应用越来越多，涡轴发动机获得了独立的地位。

1.发动机功率

作为涡轴发动机，内部减速器通常被视为其一部分，所以发动机功率是指通过内部减速器输出的功率。对于一些大型涡轴发动机，作为一个部件，发动机不包括内部减速器。所指的功率是涡轮轴的输出功率。作为性能指标，一般指最大起飞功率。像涡轮喷气发动机的推力一样，动力可以 不能反映发动机的质量。但必须注意的是，只要在用的现有发动机还有改装价值，提高最大起飞功率往往是某型号改进和改装的一个方面。这样就可以在不花费太多财力物力的情况下，提高飞机的性能，拓展应用领域或者提高飞机的性能。

2.功率重量比

对于大型涡轴发动机，如果功率是7000kw，这个指标可以达到7kw/Kg以上，而且小，比如功率200kw，只有3kw/kg左右。但必须指出的是，前者没有内变径管，而后者包括内变径管。所以在评价这个性能指标的时候，这一点一定要注意。一般来说，大的和小的不应该放在一起比较来评价其质量。

3.单位燃油消耗率

在最大起飞功率下，大型涡轴发动机可以达到0.270kg/kw*h左右，小的大概0.400kg/kw*h左右