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渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)有什么區(qū)別？

求達(dá)人解惑！: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-09-19

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渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 歷史渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是完全依賴燃?xì)饬鳟a(chǎn)生推力。通常用作高速飛機(jī)的動(dòng)力。油耗比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)高。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)分為離心式與軸流式兩種，離心式由英國(guó)人弗蘭克·惠特爾爵士于1930年取得發(fā)明專利，但是直到1941年裝有這種發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)才第一次上天，沒(méi)有參加第二次世界大戰(zhàn)，軸流式誕生在德國(guó)，并且作為第一種實(shí)用的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Me-262的動(dòng)力參加了1945年末的戰(zhàn)斗。相比起離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，軸流式具有橫截面小，壓縮比高的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)今的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)均為軸流式 2 回復(fù)：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu) 進(jìn)氣道軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖，空氣首先進(jìn)入進(jìn)氣道，因?yàn)轱w機(jī)飛行的狀態(tài)是變化的，進(jìn)氣道需要保證空氣最后能順利的進(jìn)入下一結(jié)構(gòu)：壓氣機(jī)(compressor，或壓縮機(jī))。進(jìn)氣道的主要作用就是將空氣在進(jìn)入壓氣機(jī)之前調(diào)整到發(fā)動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在超音速飛行時(shí)，機(jī)頭與進(jìn)氣道口都會(huì)產(chǎn)生激波(shockwave，又稱震波)，空氣經(jīng)過(guò)激波壓力會(huì)升高，因此進(jìn)氣道能起到一定的預(yù)壓縮作用，但是激波位置不適當(dāng)將造成局部壓力的不均勻，甚至有可能損壞壓氣機(jī)。所以一般超音速飛機(jī)的進(jìn)氣道口都有一個(gè)激波調(diào)節(jié)錐，根據(jù)空速的情況調(diào)節(jié)激波的位置。兩側(cè)進(jìn)氣或機(jī)腹進(jìn)氣的飛機(jī)由于進(jìn)氣道緊貼機(jī)身，會(huì)受到機(jī)身附面層(boundary layer，或邊界層)的影響，還會(huì)附帶一個(gè)附面層調(diào)節(jié)裝置。所謂附面層是指緊貼機(jī)身表面流動(dòng)的一層空氣，其流速遠(yuǎn)低于周?chē)諝猓潇o壓比周?chē)?，形成壓力梯度。因?yàn)槠淠芰康?，不適于進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)而需要排除。當(dāng)飛機(jī)有一定迎角(angle of attack，AOA，或稱攻角)時(shí)由于壓力梯度的變化，在壓力梯度加大的部分（如背風(fēng)面）將發(fā)生附面層分離的現(xiàn)象，即本來(lái)緊貼機(jī)身的附面層在某一點(diǎn)突然脫離，形成湍流。湍流是相對(duì)層流來(lái)說(shuō)的，簡(jiǎn)單說(shuō)就是運(yùn)動(dòng)不規(guī)則的流體，嚴(yán)格的說(shuō)所有的流動(dòng)都是湍流。湍流的發(fā)生機(jī)理、過(guò)程的模型化現(xiàn)在都不太清楚。但是不是說(shuō)湍流不好，在發(fā)動(dòng)機(jī)中很多地方例如在燃燒過(guò)程就要充分利用湍流。壓氣機(jī) 壓氣機(jī)由定子(stator)頁(yè)片與轉(zhuǎn)子(rotor)頁(yè)片交錯(cuò)組成，一對(duì)定子頁(yè)片與轉(zhuǎn)子頁(yè)片稱為一級(jí)，定子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)框架上，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸與渦輪相連?，F(xiàn)役渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一般為8－12級(jí)壓氣機(jī)。級(jí)數(shù)越多越往后壓力越大，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)突然做高g機(jī)動(dòng)時(shí)，流入壓氣機(jī)前級(jí)的空氣壓力驟降，而后級(jí)壓力很高，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)后級(jí)高壓空氣反向膨脹，發(fā)動(dòng)機(jī)工作極不穩(wěn)定的狀況，工程上稱為“喘振”，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最致命的事故，很有可能造成停車(chē)甚至結(jié)構(gòu)毀壞。防止“喘振”發(fā)生有幾種辦法。經(jīng)驗(yàn)表明喘振多發(fā)生在壓氣機(jī)的5，6級(jí)間，在次區(qū)間設(shè)置放氣環(huán)，以使壓力出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)泄壓可避免喘振的發(fā)生?；蛘邔⑥D(zhuǎn)子軸做成兩層同心空筒，分別連接前級(jí)低壓壓氣機(jī)與渦輪，后級(jí)高壓壓氣機(jī)與另一組渦輪，兩套轉(zhuǎn)子組互相獨(dú)立，在壓力異常時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，也可避免喘振。燃燒室與渦輪空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室與煤油混合燃燒，膨脹做功；緊接著流過(guò)渦輪，推動(dòng)渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)闇u輪與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子連在一根軸上，所以壓氣機(jī)與渦輪的轉(zhuǎn)速是一樣的。最后高溫高速燃?xì)饨?jīng)過(guò)噴管?chē)姵觯苑醋饔昧μ峁﹦?dòng)力。燃燒室最初形式是幾個(gè)圍繞轉(zhuǎn)子軸環(huán)狀并列的圓筒小燃燒室，每個(gè)筒都不是密封的，而是在適當(dāng)?shù)牡胤介_(kāi)有孔，所以整個(gè)燃燒室是連通的，后來(lái)發(fā)展到環(huán)形燃燒室，結(jié)構(gòu)緊湊，但是整個(gè)流體環(huán)境不如筒狀燃燒室，還有結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)的組合型燃燒室。渦輪始終工作在極端條件下，對(duì)其材料、制造工藝有著極其苛刻的要求。目前多采用粉末冶金的空心頁(yè)片，整體鑄造，即所有頁(yè)片與頁(yè)盤(pán)一次鑄造成型。相比起早期每個(gè)頁(yè)片與頁(yè)盤(pán)都分體鑄造，再用榫接起來(lái)，省去了大量接頭的質(zhì)量。制造材料多為耐高溫合金材料，中空頁(yè)片可以通以冷空氣以降溫。而為第四代戰(zhàn)機(jī)研制的新型發(fā)動(dòng)機(jī)將配備高溫性能更加出眾的陶瓷粉末冶金的頁(yè)片。這些手段都是為了提高渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的參數(shù)之一：渦輪前溫度。高渦前溫度意味著高效率，高功率。噴管及加力燃燒室噴管(nozzle，或稱噴嘴)的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排除的氣流的狀態(tài)，早期的低速發(fā)動(dòng)機(jī)采用單純收斂型噴管，以達(dá)到增速的目的。根據(jù)牛頓第三定律，燃?xì)鈬姵鏊俣仍酱螅w機(jī)將獲得越大的反作用力。但是這種方式增速是有限的，因?yàn)樽罱K氣流速度會(huì)達(dá)到音速，這時(shí)出現(xiàn)激波阻止氣體速度的增加。而采用收斂－擴(kuò)張噴管（也稱為拉瓦爾噴管）能獲得超音速的噴氣流。飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性來(lái)主要源于翼面提供的空氣動(dòng)力，而當(dāng)機(jī)動(dòng)性要求很高時(shí)可直接利用噴氣流的推力。在噴管口加裝燃?xì)舛婷婊蛑苯硬捎每善D(zhuǎn)噴管（也稱為推力矢量噴管，或向量推力噴嘴）是歷史上兩種方案，其中后者已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。著名的俄羅斯Su-30、Su-37戰(zhàn)機(jī)的高超機(jī)動(dòng)性就得益于留里卡設(shè)計(jì)局的AL-31推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)舛婷娴拇硎敲绹?guó)的X－31技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。在經(jīng)過(guò)渦輪后的高溫燃?xì)庵腥匀缓胁糠治磥?lái)得及消耗的氧氣，在這樣的燃?xì)庵欣^續(xù)注入煤油仍然能夠燃燒，產(chǎn)生額外的推力。所以某些高性能戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪后增加了一個(gè)加力燃燒室(afterburner，或後燃器)，以達(dá)到在短時(shí)間里大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力的目的。一般而言加力燃燒能在短時(shí)間里將最大推力提高50％，但是油耗驚人，一般僅用于起飛或應(yīng)付激烈的空中纏斗，不可能用于長(zhǎng)時(shí)間的超音速巡航。 3 回復(fù)：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 使用情況渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)適合航行的范圍很廣，從低空低亞音速到高空超音速飛機(jī)都廣泛應(yīng)用。前蘇聯(lián)的傳奇戰(zhàn)斗機(jī)米格-25高空超音速戰(zhàn)機(jī)即采用留里卡設(shè)計(jì)局的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，曾經(jīng)創(chuàng)下3.3馬赫的戰(zhàn)斗機(jī)速度紀(jì)錄與37250米的升限紀(jì)錄。（這個(gè)紀(jì)錄在一段時(shí)間內(nèi)不太可能被打破的）與渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性要差一些，但是高速性能要優(yōu)于渦扇，特別是高空高速性能。基本參數(shù) 推力重量比：Thrust to weight ratio，代表發(fā)動(dòng)機(jī)推力與發(fā)動(dòng)機(jī)本身重量之比值，愈大者性能愈好。壓氣機(jī)級(jí)數(shù)：代表壓縮機(jī)的壓縮葉片有幾級(jí)，通常級(jí)數(shù)愈大者壓縮比愈大。渦輪級(jí)數(shù)：代表渦輪機(jī)的渦輪葉片有幾級(jí)。壓縮比：進(jìn)氣被壓縮機(jī)壓縮後的壓力，與壓縮前的壓力之比值，通常愈大者性能愈好。海平面最大凈推力：發(fā)動(dòng)機(jī)在海平面高度及條件，與外界空氣的速度差(空速)為零時(shí)，全速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推力，被使用的單位包括kN(千牛頓)、kg(公斤)、lb(磅)等。單位推力小時(shí)耗油率：又稱比推力(specific thrust)，耗油率與推力之比，公制單位為kg/N-h，愈小者愈省油。渦輪前溫度：燃燒後之高溫高壓氣流進(jìn)入渦輪機(jī)之前的溫度，通常愈大者性能愈好。燃?xì)獬隹跍囟龋簭U氣離開(kāi)渦輪機(jī)排出時(shí)的溫度。平均故障時(shí)間：每具發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生兩次故障的間隔時(shí)間之總平均，愈長(zhǎng)者愈不易故障，通常維護(hù)成本也愈低。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) turbofan engine 　　由噴管排出燃?xì)夂惋L(fēng)扇排出空氣共同產(chǎn)生反作用推力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的高壓渦輪、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的低壓渦輪和排氣系統(tǒng)組成。其中壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪三部分統(tǒng)稱為核心機(jī),由核心機(jī)排出的燃?xì)庵械目捎媚芰?一部分傳給低壓渦輪用以驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，余下的部分在噴管中用于加速排出的燃?xì)?。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子實(shí)際上是 1級(jí)或幾級(jí)葉片較長(zhǎng)的壓氣機(jī)，空氣流過(guò)風(fēng)扇后，一部分流入核心機(jī)稱為內(nèi)涵氣流由噴管高速排出產(chǎn)生推力，另一部分圍繞核心機(jī)的外圍流過(guò)，稱為外涵氣流，也產(chǎn)生推力。這種有內(nèi)外二個(gè)涵道的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)又稱為內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)。流經(jīng)外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵道比或流量比。涵道比對(duì)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大,涵道比大,耗油率低，但發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積大；涵道比較小時(shí)，迎風(fēng)面積小，但耗油率大。內(nèi)外涵兩股氣流分開(kāi)排入大氣的稱為分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)外涵兩股氣流在內(nèi)涵渦輪后的混合器中相互滲混后通過(guò)同一噴管排入大氣的，稱為混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)也可安裝加力燃燒室，成為加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的加力燃燒室可以分別安裝在內(nèi)涵渦輪后或外涵通道內(nèi)，在混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上則可裝在混合器后面。　　核心機(jī)相同時(shí)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)(工作介質(zhì))流量介于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)流量大、噴射速度低、推進(jìn)效率高、耗油率低、推力大。50年代發(fā)展的第一代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其涵道比、壓氣機(jī)增壓比和燃?xì)鉁囟榷驾^低，耗油率比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)僅低25％左右，大約為 0.06～ 0.07公斤/?！r(shí)（0.6～0.7公斤/公斤力·時(shí)）。60年代末、70年代初發(fā)展了高涵道比(5～8)、高增壓比(25～30)和高燃?xì)鉁囟?(1600～1750K)的第二代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī),耗油率降低到0.03～0.04公斤/?！r(shí)（0.3～0.4公斤/公斤力·時(shí)）,推力則高達(dá)200～250千牛（20000～25000公斤力）。高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲低，排氣污染小，多用作大型客機(jī)的動(dòng)力裝置，這種客機(jī)在11公里高度的巡航速度可達(dá)950公里/時(shí)。但這種高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噴射速度低，迎風(fēng)面積大，不宜用于超音速飛機(jī)上。有些殲擊機(jī)使用了小涵道比、帶加力燃燒室的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在亞音速飛行時(shí)不使用加力燃燒室，耗油率和排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)低，因而紅外輻射強(qiáng)度較弱,不易被紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈擊中。使用加力作2倍以上音速的飛行時(shí)，產(chǎn)生的推力可超過(guò)加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，地面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的推重比已達(dá)8左右。有些殲擊機(jī)使用了小涵道比、帶加力燃燒室的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在亞音速飛行時(shí)不使用加力燃燒室，耗油率和排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)低，因而紅外輻射強(qiáng)度較弱,不易被紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈擊中。使用加力作2倍以上音速的飛行時(shí)，產(chǎn)生的推力可超過(guò)加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，地面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的推重比已達(dá)8左右。飛機(jī)速度低于大約450英里/小時(shí)(724公里/小時(shí))時(shí)，純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低于螺旋槳型發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，因?yàn)樗耐七M(jìn)效率在很大程度上取決于它的飛行速度；因而，純渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最適合較高的飛行速度。然而，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動(dòng)，在350英里/小時(shí)(563公里/小時(shí))以上時(shí)螺旋槳效率迅速降低。這些特性使得一些中等速度飛行的飛機(jī)不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)動(dòng)機(jī)。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)定義與概念：航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是一種以空氣為作功工質(zhì)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。它主要是靠輸出功率帶動(dòng)負(fù)載工作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，能將動(dòng)力渦輪有效功率的絕大部分（95%以上）通過(guò)輸出軸帶動(dòng)負(fù)載。渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)是用燃?xì)鉁u輪帶動(dòng)螺旋槳的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)與大型渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)熱力循環(huán)原理基本相同，雖可借助大型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)研制所取得的技術(shù)成果和經(jīng)驗(yàn)，但由于渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)屬于小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)類，因而在氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)上均有其獨(dú)特之處： (1) 小流量、小通道引起的""尺寸效應(yīng)""對(duì)壓氣機(jī)、渦輪性能及冷卻等產(chǎn)生不利影響； (2) 轉(zhuǎn)速高--高轉(zhuǎn)速給臨界共振、高速軸承、軸系、支承、葉片盤(pán)的疲勞強(qiáng)度等方面都帶來(lái)一系列新的問(wèn)題； (3) 流動(dòng)復(fù)雜--小渦輪葉片短葉型使得流動(dòng)轉(zhuǎn)折加大，三維特性及粘性影響突出； (4) 冷效差--小渦輪葉片短而薄，相對(duì)外表面積大，而內(nèi)部冷卻孔型很難布置，且冷氣流程短，因而冷卻效果隨尺寸減小而降低； (5) 需要進(jìn)氣防護(hù)裝置(粒子分離器)。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：功重比大（500-600kW級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎比活塞發(fā)動(dòng)機(jī)高2倍）；發(fā)動(dòng)機(jī)維修簡(jiǎn)單（特別在低溫下不需加溫起動(dòng)）；振動(dòng)小（無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子平衡精度高）；較小的最大截面改善了直升機(jī)的氣動(dòng)力性能。所以，從50年代開(kāi)始渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)逐步取代活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，成為直升機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置。當(dāng)然它也有缺點(diǎn)：動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)旋翼減速比大，造成減速器大而復(fù)雜；燃料消耗率一般較活塞式略高；周?chē)橘|(zhì)（空氣中的粉塵、濕度、溫度）對(duì)其工作的影響較大；還有小尺寸的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)難度大等。隨著40多年不斷的研究發(fā)展、更新?lián)Q代，現(xiàn)代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)： (1) 性能先進(jìn)：起飛耗油率0.267-0.358kg/(kW/h)；功重比4-8kW/daN； (2) 經(jīng)濟(jì)性好：巡航工作狀態(tài)的耗油率可達(dá)0.299-0.367kg/(kW/h)，維護(hù)費(fèi)用低、壽命長(zhǎng)（單元體壽命3000-5000h）； (3) 可靠性高：發(fā)動(dòng)機(jī)提前更換率低、平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)、性能衰減率低； (4) 有技術(shù)發(fā)展?jié)摿Γ壕哂辛己玫墓β矢采w面和改型的可能性； (5) 環(huán)境適用性強(qiáng)：武裝直升機(jī)動(dòng)力的防砂能力（一般具有粒子分離器）、紅外抑制能力、抗作戰(zhàn)損傷和防墜毀能力都比較強(qiáng)。自1953年羅&羅公司達(dá)特發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用以來(lái)，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)成為當(dāng)時(shí)民用與軍用運(yùn)輸機(jī)的一種重要的動(dòng)力裝置。最大的是前蘇聯(lián)的HK12MB，起飛功率達(dá)11000kW。渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，可靠性高，重量輕，而燃油經(jīng)濟(jì)性又比早期的純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)低得多。由于60年代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)逐步退出大型運(yùn)輸機(jī)領(lǐng)域，但在中小型飛機(jī)領(lǐng)域仍有廣泛應(yīng)用。國(guó)外概況：渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)從1953年萊康明公司研制的第一臺(tái)生產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)T53到今天，已有三代投入使用，第四代正在研制之中。第一代指50年代投產(chǎn)的，第二代指60年代投產(chǎn)的，第三代指70年代末、80年代初投產(chǎn)的，第四代指90年代末或21世紀(jì)初投入使用的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)外渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，技術(shù)水平有了很大提高： (1) 耗油率降低。第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)的T800和西歐的MTR390，其耗油率與第三代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)中相同功率級(jí)別的""寶石""發(fā)動(dòng)機(jī)相比，耗油率降低8%左右，達(dá)到0.273kg/(kW/h)。 (2) 單位功率增加。由于第三代和第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率級(jí)別不甚相同，因此，采用單位功率作為衡量渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)是最佳方案。40多年來(lái)，單位功率一直是穩(wěn)步提高的。例如，美國(guó)50年代的產(chǎn)品，T58發(fā)動(dòng)機(jī)的單位功率為166kW/(kg/s)；第二代產(chǎn)品，T64渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的單位功率為197kW/(kg/s)；第三代的T700發(fā)動(dòng)機(jī)的單位功率為267 kW/(kg/s)；而第四代的T800發(fā)動(dòng)機(jī)的單位功率達(dá)到300 kW/(kg/s)，比第一代產(chǎn)品提高81%，比第二代提高52.3%，比第三代提高12.4%。 (3) 壽命期費(fèi)用降低。壽命期費(fèi)用是全面衡量一種新發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。新的第三代比起其先輩來(lái)壽命期費(fèi)用大大減少，如T700比T58的壽命期費(fèi)用降低32%。其費(fèi)用的降低主要來(lái)自單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和耗油率的減少。 (4) 第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)普遍具有10-20%的功率儲(chǔ)備。在發(fā)動(dòng)機(jī)輪廓尺寸不變的情況下，可通過(guò)增加流量和渦輪進(jìn)口溫度，或者適當(dāng)加大尺寸，即在壓氣機(jī)前加零級(jí)壓氣機(jī)，以提高功率。 (5) 采用整體式粒子分離器，提高軍用動(dòng)力的防砂能力。 (6) 壓氣機(jī)均為雙級(jí)離心式，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，零件數(shù)量少，便于維修，耐腐蝕，抗外物損傷能力強(qiáng)。 (7) 采用回流環(huán)形燃燒室和氣動(dòng)霧化噴嘴。 (8) 首次在功率小于1000kW的發(fā)動(dòng)機(jī)上采用氣冷渦輪靜子和轉(zhuǎn)子葉片，使渦輪進(jìn)口溫度提高到1420K。進(jìn)入21世紀(jì)后，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)將沿兩個(gè)方向發(fā)展：一是繼續(xù)提高渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)參數(shù)和部件效率，研制性能更好的發(fā)動(dòng)機(jī)，二是發(fā)展高速旋翼推進(jìn)技術(shù)。下世紀(jì)初，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓比將達(dá)16-26，渦輪前溫度將達(dá)1500-1920K。這種發(fā)動(dòng)機(jī)有可能仍用3級(jí)軸流加1級(jí)離心式壓氣機(jī)，總壓比達(dá)18。燃燒室火焰筒為多層冷卻結(jié)構(gòu)。渦輪有可能采用有復(fù)雜冷卻通道的徑向內(nèi)流式。目前，美國(guó)艾利遜公司研制的高速傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)T406，其最大速度已達(dá)600km/h。下一步要實(shí)現(xiàn)的最大速度達(dá)800km/h以上，主要有傾轉(zhuǎn)旋翼、折疊式旋翼和旋翼-機(jī)翼幾種方案。到目前為止，在民用支線動(dòng)力方面，國(guó)外已經(jīng)成功地研制和使用兩代渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。第三代正在研制之中。第一代是指70年代以前投產(chǎn)的，主要有達(dá)特、PT6A和TPE331這三種渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。功率范圍500-1500kW，耗油率0.35-0.40kg/(kW/h)，翻修壽命8000-14000h，主要用于12-60座的支線飛機(jī)。第二代是指70年代末投產(chǎn)的，主要有PW100、CT7和TPE331-14/15，壓比11-17，渦輪前溫度1273-1533K，單位功率達(dá)230-240kW/(kg/s)，耗油率0.280-0.315kg/(kW/h)。第三代是指90年代投入使用的，主要有AE2100和TPF351-20。AE2100是艾利遜公司為競(jìng)爭(zhēng)下一代高速支線飛機(jī)、在T406基礎(chǔ)上研制的功率為4474kW的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是具有足夠的發(fā)展?jié)摿?，如在改進(jìn)高壓渦輪的情況下，功率可提高到5880kW；海平面靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的功率不會(huì)因熱天與高空而降低；爬升功率高，可縮短飛機(jī)爬升時(shí)間。TPF351-20是美國(guó)加雷特公司為20-39座支線飛機(jī)研制的、功率為1566kW的推進(jìn)式渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，與該公司早期發(fā)動(dòng)機(jī)相比，由于增大了尺寸和采用改進(jìn)的壓氣機(jī)，其耗油率降低25%、功重比提高53%。TPF351-20為單元體設(shè)計(jì)，采用許多成熟技術(shù)，如F109渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)技術(shù)（目前正在研制新的壓氣機(jī)可使功率提高25%，達(dá)1870kW）、TPE331-14的燃燒室與燃?xì)獍l(fā)生器渦輪技術(shù)。目前，國(guó)外許多小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了降低研制成本、減少維護(hù)費(fèi)用，都在努力采用成熟的研制和使用經(jīng)驗(yàn)，研制渦軸、渦槳和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的""通用核心機(jī)""技術(shù)，即在一種成熟的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，研制相應(yīng)的渦槳和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。如美國(guó)艾利遜公司的AE2100渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)就是以該公司生產(chǎn)的T406渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的""通用核心機(jī)""為基礎(chǔ)研制的，大大降低研制風(fēng)險(xiǎn)和研制成本。這已成為國(guó)外研制小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的普遍發(fā)展趨勢(shì)。另外，國(guó)外渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的研制、生產(chǎn)都有單獨(dú)的計(jì)劃、由專門(mén)的生產(chǎn)廠商或?qū)ｉT(mén)的小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)分部完成，并且有獨(dú)立于大型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備。渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù) （1）組合壓氣機(jī) 渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)要求壓氣機(jī)具有高的總增壓比，以獲得高的熱效率和單位功率。隨著增壓比的不斷提高，壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也由最初的純軸流式轉(zhuǎn)變成目前大量采用的若干級(jí)軸流加一級(jí)離心的組合式壓氣機(jī)。其主要是因?yàn)閷?duì)于高增壓比的小渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，軸流壓氣機(jī)級(jí)數(shù)的增加使得壓氣機(jī)后幾級(jí)的""尺寸效應(yīng)""愈加明顯，氣流損失增大，氣動(dòng)性能顯著下降；而且多級(jí)軸流壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子跨度大，也會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)上的困難。由于離心壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剛性更好、抗外物能力更強(qiáng)，尺寸效應(yīng)對(duì)離心壓氣機(jī)的影響不大，因此用它來(lái)取代后面的軸流壓氣機(jī)是有利的。在極小尺寸情況下，有必要全部采用離心壓氣機(jī)系統(tǒng)。（2）燃燒室渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展到第三代和第四代，燃燒室多采用回流環(huán)形燃燒室。隨著渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高，要求燃燒室的進(jìn)口溫度和通過(guò)燃燒室的溫升相應(yīng)提高。由于熱燃?xì)鉁囟日诮咏鼫u輪材料的溫度極限點(diǎn)，保持均勻燃燒顯得尤為重要。這就需要采用具有大調(diào)節(jié)比系數(shù)的新型燃油噴嘴，以得到均勻的周向和徑向溫度分布系數(shù)。而更高的燃燒溫度和更大的高壓熱輻射將使燃燒室火焰筒承受更大的熱載荷，同時(shí)，由于更多的氣流用于燃燒，導(dǎo)致用于冷卻的氣流減少，而且進(jìn)口氣流溫度的升高降低了冷卻氣流的吸熱能力，這都使得傳統(tǒng)的火焰筒冷卻技術(shù)不再有效，改進(jìn)火焰筒的冷卻和研究更耐熱的材料已經(jīng)勢(shì)在必行。近年來(lái)，國(guó)外已經(jīng)把研究新型噴嘴和改進(jìn)火焰筒的冷卻作為提高小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室性能的研究重點(diǎn)。另外這里還介紹一種新型燃燒室發(fā)展方向，即利用頭部波轉(zhuǎn)子取代傳統(tǒng)意義上的燃燒室。（3）渦輪提高渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度的方法主要有以下兩種：一是尋求耐高溫材料；二是采用渦輪冷卻技術(shù)。在采用新材料方面，目前，單晶材料已廣泛使用，下一步工作是研究防氧化與腐蝕的金屬和陶瓷涂層。在采用冷卻技術(shù)方面，目前代表渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)最高水平的第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)T800-LHT-800和MTR390，其燃?xì)獍l(fā)生器渦輪分別采用了2級(jí)氣冷單晶葉片和單級(jí)跨音速氣冷葉片。由此可以看出，在大功率渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)如(T700和RTM322)上應(yīng)用的氣冷渦輪葉片已開(kāi)始應(yīng)用于中等功率的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì)上，使渦輪進(jìn)口溫度提高到1480K以上。但由于渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率相對(duì)較小，所需空氣流量小，而其進(jìn)口氣流軸向速度與大型發(fā)動(dòng)機(jī)相差不大，所以流道截面積相應(yīng)較小，導(dǎo)致動(dòng)靜葉片長(zhǎng)度短。這就給渦輪使用氣冷葉片帶來(lái)了一定難度。目前，國(guó)外正在進(jìn)行徑向氣冷渦輪的預(yù)研。與軸流渦輪相比，徑向渦輪的冷卻氣流量和泄露量較小，效率高，且尺寸適合小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。（4）高速轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué) 對(duì)于轉(zhuǎn)子軸系同心、功率輸出軸前出的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率渦輪軸必然穿過(guò)燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子內(nèi)腔伸到發(fā)動(dòng)機(jī)前面，所以功率渦輪軸支承間跨度長(zhǎng)，軸徑小。早期的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)(如T53發(fā)動(dòng)機(jī))增壓比較小，轉(zhuǎn)速較低，其功率渦輪軸仍在亞臨界狀態(tài)工作，而現(xiàn)代高轉(zhuǎn)速增壓比的中、小渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子軸系的工作轉(zhuǎn)速很可能接近臨界轉(zhuǎn)速或在臨界轉(zhuǎn)速之上，有的甚至過(guò)三階臨界轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高的情況下要求轉(zhuǎn)子振幅小，就使得轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題十分棘手，往往不得不采用超臨界轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，使轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)在以支承振動(dòng)為主的剛體振型各階臨界轉(zhuǎn)速以上以及轉(zhuǎn)子軸線實(shí)質(zhì)性彎曲變形的臨界轉(zhuǎn)速以下平穩(wěn)地工作。轉(zhuǎn)子支承方案的合理選擇、轉(zhuǎn)子軸向尺寸的嚴(yán)格控制、彈性支承與阻尼器的正確采用以及材料的合理選用等都直接影響轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。（5）粒子分離器由于直升機(jī)經(jīng)常在起落條件惡劣的場(chǎng)地使用，在超低空飛行和懸停時(shí)旋翼容易吸起大量塵土、碎石。這些雜物吸入發(fā)動(dòng)機(jī)輕則腐蝕壓氣機(jī)，造成性能衰減或壓氣機(jī)喘振裕度降低以至提前返修，重則打壞葉片，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)釀成飛行事故。因此，為保證渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠工作，必須采用進(jìn)氣凈化裝置。進(jìn)氣凈化裝置可分為兩種類型：阻攔式過(guò)濾器和慣性式粒子分離器。由于阻攔式過(guò)濾器的分離效率低且設(shè)備能量損失大，因而已被更適合渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣除塵的慣性式粒子分離器所代替。目前的慣性類型的粒子分離器已經(jīng)由早期的作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件(如""黑鷹""直升機(jī)上的T700發(fā)動(dòng)機(jī))發(fā)展到直升機(jī)的外部，如AH-64阿帕奇的外部空氣粒子分離器(EAPS)。試驗(yàn)證明：EAPS在能量損失低于3%的情況下，除砂效率超過(guò)90%，更能體現(xiàn)當(dāng)前對(duì)粒子分離器的設(shè)計(jì)要求：在滿足特定的最低飛機(jī)性能的基礎(chǔ)上盡量提高分離技術(shù)水平。而第四代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)T800則采用一個(gè)整體的、但可分開(kāi)的進(jìn)氣粒子分離器，它的分離效率在工業(yè)上是最高的。在試驗(yàn)臺(tái)上用C級(jí)細(xì)砂試驗(yàn)證明分離效率高達(dá)97%。（6）紅外抑制器二十世紀(jì)光電子學(xué)迅猛發(fā)展，研制的紅外成像技術(shù)能在很遠(yuǎn)的距離內(nèi)識(shí)別目標(biāo)，即通過(guò)跟蹤飛機(jī)發(fā)出的紅外信號(hào)來(lái)摧毀飛機(jī)，這就使得紅外抑制技術(shù)變得重要起來(lái)。發(fā)動(dòng)機(jī)是直升機(jī)的最大紅外輻射源，是紅外導(dǎo)彈的最主要跟蹤目標(biāo)。因此，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝紅外抑制器來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件溫度和排氣熱流溫度。例如，在尾噴口采用隔熱護(hù)擋板，以遮擋或屏蔽紅外輻射，采用異形尾噴管，改變紅外波長(zhǎng)，使紅外探測(cè)器失諧；采用噴氣濾波，改變其輻射波長(zhǎng)；采用非圓截面的二元噴管，從而濾除90%的紅外輻射。目前，紅外抑制器主要是利用引射原理引射周?chē)淇諝鈸饺敫邷匚惭娌_淡二氧化碳濃度以達(dá)到大幅度減少排氣尾焰紅外輻射的目的。美國(guó)AH-64武裝直升機(jī)上裝的是紅外散熱片、三個(gè)矩形引射器的抑制裝置，安裝這種抑制裝置后，同用冷卻風(fēng)扇冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)熱源相比，飛機(jī)重量減少182kg，垂直爬高速度增加76m/min，紅外信號(hào)只有無(wú)抑制裝置紅外信號(hào)的6%，而排氣熱流紅外信號(hào)為未抑制的10%。應(yīng)用與影響：渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)有包括輕型攻擊/反坦克直升機(jī)、專用武裝直升機(jī)、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸機(jī)、反潛攻擊機(jī)、邊防巡邏機(jī)、輕型攻擊機(jī)、初級(jí)教練機(jī)等。: 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