涡轴发动机概况
第九章涡轮轴发动机
第9章涡轮轴发动机Turbo-shaft engine第9.1节概述Introduction涡轮轴发动机简称涡轴发动机，是直升机的动力装置。
它的主要特点是燃气发生器出口的燃气所具有的可用功，几乎全部通过涡轮轴输出，带动直升机的旋翼和尾桨。
图9.1.1 涡轮轴发动机从20世纪50年代初期出现了涡轮轴发动机之后，在直升机动力装置领域，便逐渐代替活塞式发动机，成为主要的动力装置。
到目前，在2000kw以上的直升机动力装置中，它已占统治地位。
只有在小功率的动力装置中，还有少数直升机在使用活塞式发动机。
涡轮轴发动机作为直升机的动力装置，与活塞式发动机相比，它有着突出的优点。
首先是重量轻、体积小。
同样功率为600kw左右的发动机，它的重量还不到活塞式发动机的三分之一，大功率的发动机，它们的重量悬殊更大，采用涡轮轴发动机则更为有利。
其次是涡轮轴发动机没有往复运动的机件，所以振动小、噪声小。
但必需指出，在耗油率方面，目前与活塞式发动机相比，尚有一定的差距。
例如对小型的发动机，它们之间的耗油率约相差30%左右。
而对于大型的发动机，它们之间的水平已非常接近了。
此外在制造成本方面，小型涡轮轴发动机比较昂贵，因而在民用航空上，小功率涡轮轴发动机与活塞式发动机仍有一番竞争。
在当前涡轮轴发动机发展的过程中，人们非常重视以下两方面的问题：1、研制、开发中、小型涡轮轴发动机，主要是1000kw以下的发动机，以满足中、小型直升机动力装置的需要。
大型直升机的动力装置比较好解决，可以将燃气发生器功率相当的涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机稍加改造，就可成为涡轮轴发动机。
然而，必须注意到，小型的涡轮喷气发动机改型后就成为中型偏大的涡轮轴发动机，例如一台1500daN的涡轮喷气发动机属于小型的，用它的燃气发生器设计成涡轮轴发动机其功率约为3500kw左右，属于中等偏大的涡轮轴发动机。
用这样一台涡轮轴发动机就可以作为中型直升机的动力装置。
另一方面，为了直升机工作的安全可靠，一架直升机往往采用两台或三台动力装置。
涡轴发动机原理
涡轴发动机原理
涡轴发动机是一种利用涡轮机械原理来提供动力的引擎。
它通常由一个涡轮组和一个轴流压气机组成。
涡轮组由一个由高温高压气体驱动的涡轮和一个与之相连的轴组成。
当高压气体通过进气道进入涡轮组时，气体的动能被涡轮转化为机械能，使涡轮高速旋转。
涡轮通过轴将旋转的动能传递给轴流压气机。
轴流压气机是一个由数个叶片组成的转子，它的主要作用是将进入涡轮组的气体加压，并向燃烧室内供应高压气体。
当气体通过轴流压气机时，叶片的形状和布置使气体被迫在旋转中缩小的空间内流动，从而增加了气体的压力。
当气体经过压缩后，它会进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧时释放的高温高压气体推动活塞向下移动，从而产生动力。
活塞运动引起曲轴转动，最终将动力传递给车轮或其他负载。
相比传统的内燃机，涡轴发动机具有更高的效率和更低的排放。
这是因为涡轴发动机利用了流体动力学原理，通过优化气体流动，提高了能量利用率。
此外，它还能够在高速旋转下提供更大的动力输出。
涡轴发动机广泛应用于航空、汽车和工业领域，成为现代化的动力选择。
涡轴发动机原理及结构
涡轴发动机原理及结构涡轴发动机是一种常见的内燃机，其原理和结构是如何的呢？涡轴发动机，也被称为涡喷发动机，是一种利用涡轮机械工作原理进行动力输出的内燃机。
它采用了旋转的涡轮来产生动力，通过压缩和燃烧空气燃料混合物，从而驱动发动机的工作。
涡轴发动机的原理和结构十分复杂，下面我们来详细介绍一下。
涡轴发动机的原理主要包括压气机、燃烧室和涡轮机三个部分。
首先，压气机负责将空气进行压缩，增加其密度和压力。
压缩后的空气经过燃烧室，与燃料混合后进行燃烧，释放出大量的能量。
最后，高温高压的燃气通过涡轮机，将能量转化为机械能，驱动涡轴发动机的工作。
涡轴发动机的结构主要包括涡轮、轴承、涡轮盘、压气机、燃烧室和喷嘴等部分。
涡轮是涡轴发动机的核心部件，由一系列叶片组成，叶片旋转时可以产生动力。
涡轮通过轴承与涡轮盘相连，实现动力的传递。
压气机由多个级别的叶轮和导向叶片组成，负责将空气进行压缩。
燃烧室是燃料与空气混合后进行燃烧的地方，而喷嘴则负责将燃料喷入燃烧室。
涡轴发动机的工作过程可以简单描述为：首先，涡轮叶片受到高温高压的燃气推动，开始旋转。
涡轮通过轴承与涡轮盘相连，将动力传递给涡轮盘。
涡轮盘与压气机相连，使压气机开始旋转，将空气进行压缩。
压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合后进行燃烧。
燃烧产生的高温高压燃气通过涡轮，将能量转化为机械能，继续推动涡轮叶片旋转。
涡轮旋转的同时，还会驱动压气机继续压缩空气，形成循环。
涡轴发动机具有许多优点。
首先，它具有较高的功率密度，能够提供较大的动力输出。
其次，涡轴发动机的效率较高，能够将燃料的能量充分转化为机械能。
此外，涡轴发动机还具有响应速度快、可靠性高、噪音低等特点，广泛应用于航空、航天、船舶和汽车等领域。
总结起来，涡轴发动机是一种利用涡轮机械工作原理进行动力输出的内燃机。
它通过压气机将空气进行压缩，经过燃烧室与燃料混合后进行燃烧，最终通过涡轮机将能量转化为机械能。
涡轴发动机具有复杂的结构和工作原理，但其具有较高的功率密度、效率高、响应速度快等优点，因此在各个领域得到广泛应用。
涡轴发动机
四、涡轮
小型涡轴发动机的涡轮，与压气机相似，二次流动 损失大，当前小型轴流式涡轮，主要的也 是冷却问 题。高压级叶片尺寸小，而冷却流路的缝隙不可能 按比例缩小，其结果使得占相当 大比例的空气流量 不能参加作功，用于冷却。这样会影响发动机方面 的性能。在这方面当前 努力的方向是在占一定比例 的冷却空气流量下，提高它的冷却效果，从而使涡 轮前燃气温度 有可能作进一步提高。
➢ 直升机的可用功率轴或者说功率杆给出燃气发生器可 以提供的最大功率。
➢ 该杆控制启动、停车、燃气发生器转速等。 ➢ 发动机的实际发出的功率则由负载要求轴即桨距杆确
定。负载要求轴与总距调节相连。
➢ 采用电子控制装置的发动机，旋翼恒速、负载分配、 超温限制、超扭限制等功能易于实现，自动地精确调 准保证旋翼转速下的功率要求。
第十章 涡轮轴发动机
1
▪ 概论 ▪ 基本工作原理和主要参数 ▪ 部件特点
2
▪ 涡轮轴发动机
➢ 燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力 涡轮而不在喷管内膨胀产生推力
➢ 动力涡轮轴上输出的功率可以用来带动直升机 的旋翼和尾桨
3
4
第一节 概论
▪ 涡轮轴发动机是直升机的动力装置。它的主要特点是燃 气发生器后的燃气所具有的可用能量 ，几乎全部通过涡
21
▪ 与活塞式发动机相比，主要的优点： 首先是重量轻， 体积小。同样功率为600kW左右的发动 机，它的重量还不到活塞式发动机的三分之一。大功率 的发动机，它们重量则悬殊更大，采用涡轮轴发动机则 更为利。 其次是涡轮轴发动机 没有往复运动的机件，所以振动小， 噪音小。但必须指出，在单位燃油消耗率方面，目前与 活塞式发动机相比，还有一定的差距。
▪ 要求减轻减速器的重量 非常重要的问题之一。
涡轴发动机的应用现状与发展探讨
涡轴发动机，又称为涡轮轴发动机或涡轮轴式发动机，是一种内燃机的类型。
它相对于传统的活塞式内燃机具有更高的能量密度、更低的振动和更轻的重量。
因此，在航空、海上和陆地交通等领域得到了广泛应用。
现阶段涡轴发动机的应用现状和发展可从如下几个方面进行探讨：1. 民航领域：在民航航空领域，涡轴发动机主要用于涡轮喷气式和涡轮螺旋桨式飞机。
这些飞机既可以用于客运，也可以用于货运。
涡轴发动机在这个领域的发展主要体现在提高燃油效率、降低噪音污染、减少废气排放以及提高可靠性和安全性等方面。
2. 通用航空领域：通用航空包括短程和区域运输、公务飞行、航空教育、农林喷洒等非定期飞行活动。
通用航空领域的小型涡轴发动机有很大的市场需求。
制造商致力于研发和改进适合该领域的涡轴发动机，比如紧凑型涡轴发动机、低成本发动机等，满足多样化的应用需求。
3. 军事领域：涡轴发动机在军事领域有着广泛的应用，如战斗机、武装直升机、无人机等。
这些应用对发动机有很高的性能要求，如高推力、高可靠性、低雷达截面积等。
在军事领域，制造商不断推出新型涡轴发动机，并在新技术、新材料等方面进行研究，以提高发动机性能。
4. 海事领域：船舶动力系统也广泛采用涡轴发动机。
涡轴发动机的高功重比、低振动使得其在速艇、游艇、巡逻艇等船舶上具有较高的应用潜力。
此外，某些海上工程船、潜艇等特殊用途也利用涡轴发动机作为动力来源。
5. 陆地交通领域：尽管陆地交通领域主要采用活塞式内燃机，但涡轴发动机在某些特殊场景中具有一定优势。
例如，在高速铁路、特种车辆和某些公共交通工具中，涡轴发动机可提供柔顺的动力输出和较低的噪音。
6. 新能源与发动机结合：随着技术的发展，涡轴发动机可以同新能源技术相结合。
涡轴发动机与电力驱动系统的混合动力系统可以为未来绿色交通提供新思路。
总之，涡轴发动机已经在多个领域发挥了重要作用，随着科技的不断进步，预计未来会有更多新型涡轴发动机问世，以满足不断变化的应用需求。
涡轴发动机原理
涡轴发动机原理
涡轴发动机是一种燃气轮机发动机，其工作原理是利用气体的压缩和膨胀来驱
动涡轴，从而产生动力。
涡轴发动机通常用于飞机和船舶等大型交通工具中，其高效率和高功率使其成为重要的动力来源。
首先，涡轴发动机的工作原理基于燃烧室中的燃烧过程。
燃烧室中的燃料与空
气混合并点燃，产生高温高压的燃烧气体。
这些燃烧气体被喷射到涡轴发动机的涡轮中，使涡轮旋转。
涡轮的旋转驱动涡轴，从而产生动力。
其次，涡轴发动机利用涡轮的旋转来压缩空气。
在涡轮旋转的过程中，空气被
迫通过涡轮叶片，从而增加了空气的压缩比。
这样的压缩过程使得进入燃烧室的空气更加密集，从而提高了燃烧效率。
同时，涡轴发动机利用涡轮的旋转来推动涡轴。
涡轴是发动机的输出轴，通过
涡轮的旋转，涡轴可以带动飞机的螺旋桨或者船舶的螺旋桨，从而产生推进力。
涡轴发动机的高功率和高效率使其成为航空和航海领域的重要动力来源。
此外，涡轴发动机还可以通过控制燃料的流量和空气的进气量来调节动力输出。
这种调节方式使得涡轴发动机在不同工况下都能够保持高效率和高性能，从而满足不同交通工具的动力需求。
总的来说，涡轴发动机利用气体的压缩和膨胀来产生动力，其工作原理基于燃
烧室中的燃烧过程和涡轮的旋转。
涡轴发动机具有高效率、高功率和灵活的动力调节方式，因此在航空和航海领域得到了广泛应用。
涡轴发动机的发展和应用将进一步推动交通工具的性能和效率的提升。
涡轴发动机功率密度
涡轴发动机功率密度
涡轴发动机是一种输出功率低、推进效率高、油耗低、噪音小的航空发动机，其功率密度是指单位体积或重量所产生的功率。
涡轴发动机功率密度的大小主要取决于其设计和制造工艺。
通常情况下，涡轴发动机的功率密度越高，其重量和体积就越小，因此可以提高飞机的性能和载荷能力。
涡轴发动机的功率密度一般在每立方厘米 1-10 千瓦之间，具体数值取决于发动机的型号、设计和使用条件等因素。
例如，某些小型涡轴发动机的功率密度可以达到每立方厘米 5 千瓦以上，而一些大型涡轴发动机的功率密度则相对较低。
总的来说，涡轴发动机功率密度是衡量其性能和技术水平的重要指标之一，对于飞机的性能和可靠性都有着重要的影响。
涡轴8(WZ8)发动机
涡轴8（WZ8）发动机
涡轴8（WZ-8）是中国研发的一种航空发动机，属于涡轴系列发动机的一员。
涡轴8发动机是一种高超音速发动机，主要用于推动高超音速飞行器，如无人侦察机、巡航导弹和高超音速飞行器等。
➢关于涡轴8发动机的具体技术参数和性能特点，目前没有公开的详细信息。
➢这些信息通常被视为保密，并且在军事领域的相关技术往往受到保密和限制。
➢因此，涡轴8发动机的具体设计和性能特点可能只有相关的军事和航空领域专家才了解。
➢需要注意的是，由于涡轴8发动机的具体细节未公开，所以关于它的更多信息可能难以获取。
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涡轮轴发动机概况
只想纯蠢的宅
【摘要】涡轮轴发动机作为有人及无人直升机的主要动力装置,在各类发动机中具有不可替代的地位。
本文结合国外涡轴发动机的技术发展历程以及军用涡轴发动机的发展历程,介绍了几种典型军用涡轴发动机的性能特点及各国现役军用涡轴发动机的装备情况;分析并总结了涡轴发动机的工作原理技术特点，预测了涡轴发动机的有关技术趋势。
【关键词】涡轴发动机工作原理特点应用发展
1 引言
作为驱动直升机旋翼而产生升力和推进力的动力装置,可分为活塞式发动机和涡轮轴发动机。
相对于活塞发动机来说,涡轴发动机功重比大、振动小、便于维修,且最大截面较小，可以大大提高直升机气动力性能。
因此,从20世纪50年代开始,涡轴发动机逐步取代活塞发动机,成为直升机的主要动力装置。
随着科技的发展和直升机动力的需求，涡轴发动机的研究与发展愈显重要。
2 涡轮轴发动机工作原理
涡轮轴发动机是航空燃气涡轮发动机中的一种。
在核心机或燃气发生器后，加装一套涡轮，燃气在这后一涡轮（动力涡轮或低压涡轮）中膨胀，驱动它高速旋转并发出一定功率，动力轴穿过核心机转子，通过压气机前的减速器减速后由输出轴输出功率，就组成了涡轴发动机。
以此涡轮轴发动机按有无自由涡轮（动力涡轮与核心机机械连接为一体）分为自由涡轮式和定轴式。
但大体上涡轮轴发动机由进气装置、压气机、燃烧室、燃气发生器涡轮、动力涡轮（自由涡轮）、排气装置及体内减速器（因为其涡轮轴转速极高，需要设减速器来水平输出功率。
）、附件传动装置等部件构成。
图1 涡轮轴发动机基本结构示意图
2.1 涡轮轴发动机特点
（1）定轴式涡轮轴发动
机（图2）具有功率传送方
便，结够简单等优点。
但其
自身的起动性，加速性以及
需要大的减速器使它仅用于功率较小的发动机中。
而自由涡轮式（图3）则起动性好，工作稳定，加速性和经济性好。
但其结构比较复杂。
（2）由于直升机工作时会吹起大量空气和地面上的灰尘颗粒，会打坏叶片，堵塞冷却通道，这对发动机的工作极为不利。
所以在涡轮轴发动机上会装上滤网、粒子分离装置等。
（3）在压气机方面，其结构形式几经演变，从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。
当前，直升机的涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级离心所构成的组合压气机。
例如，国产涡轴6、涡轴8（增压比8.0）发动机为l级轴流加1级离心构成的组合压气机；“黑鹰”直升机上的T700发动机（图4）其压气机为5级轴流加上l级离心。
增压比是评估压气机性能的重要指标。
现代直升机装用的涡轴发动机，要求压气机的总增压比越来越高，有的已使增压比达到20，以使发动机获取尽可能高的热效率和轴功率。
美国于20世纪90
年代研制的新一代涡轮轴发动机T-800（图5）双级离心式压气机，其总增压比为14.1。
(4)燃烧室多为回流环形,高效的喷射和燃烧技术,采用耐高温材料和先进的冷却手段。
T700的火焰筒采用气膜冷却和冲击冷却,RTM322的火焰筒头部采用分段气膜冷却,火焰筒内外环的冷却结构用薄板材料冲压焊接形成分段冷却气膜缝槽,并有热障涂层,火焰筒壁温低于850℃。
T800的弯管外壁组件采用了全气膜发散冷却,内壁采用气膜缝槽冷却结构。
(5)采用新型单晶合金涡轮、粉末合金盘技术和新的叶片冷却技术,转子叶片带冠或整体式叶轮。
T800和MTR390的燃气发生器涡轮分别采用了2级气冷单晶叶片和单级跨音速气冷叶片,涡轮进口温度达1600K。
(6)控制系统采用全权数字式电子控制系统( FADEC)。
运用监控系统状态与故障诊断系统(EMS),能够自主进行决策和调整。
应用先进的数字化通讯技术,使空中和地面EMS中心实现实时数据传输,提高发动机监测和诊断的实时性。
依靠多变量控制技术,采用先进控制模式进行高效的发动机故障监控与诊断。
(7)使用先进的红外抑制器。
美国AH-64“阿帕奇”直升机上安装的三个矩形引射器和红外散热片的抑制装置,比用冷却风扇相比,直升机重量减少182kg,红外信号只有无抑制装置红外信号的6%。
在1991年的海湾战争中其立下了汗马功劳。
图2 定轴式涡轮轴发动机
图3 自由式涡轮轴发动机
2.2 涡轮轴发动机应用
随着涡轮轴发动机优异性能的体现，其基本上取代了活塞式发动机作为了直升机的动力装置。
1955年透博梅卡公司研制出第一台阿都斯特1型涡轮轴发动机装“云雀”II直升机后,从20世纪50年代中期开始，涡轮轴发动机产品和技术不断发展升级,至今已发展了4代。
第1代涡轮轴发动机是20世纪50年代研制,并于60年代开始服役,主要代表机型有阿都斯特、T53、宁巴斯等发动机。
第2代涡轮轴发动机是20世纪60年代研制的,主要代表机型有T63、T64、诺姆、赫耶C、TV2-117A和T53的改进型T53-L-703等发动机。
第3代涡轮轴发动机于20世纪70年代设计,于80年代投产。
主要代表机型有法国透博梅卡公司研制的TM333、美国GE公司研制的T700-GE-701（图4）、俄罗斯克里莫夫设计局研制的TV3-117VM等发动机，分别装备AS322、UH-60A、AH-64A、米-24等。
与前2代涡轴发动机相比,这代涡轴发动机,通过改进气动设计和材料,使转动部件的循环数大大增加;通过采用气冷涡轮叶片,使涡轮进口温度达到1100~1300℃。
第4代于80年代末开始研制,代表型号有美国的T800-LHT-800（图5）、英、法联合研制的RTM322、德法英联合研制的MTR390和俄罗斯的TVD1500,分别用于RAH-66、NH-90、EH-101、PAH-2/HAP和卡-52等。
世界上最大的涡轮轴发动机是D-136,起飞功率达7500kW,应用于最大的直升机米-26。
倾转旋翼机V-22以T406涡轮轴发动机为动力,打破常规旋翼机400km/h的飞行速度上限,最大速度可达638km/h。
在国产涡轮轴发动机方面，装备于直8直升机上的WZ6发动机，装于直9直升机上的WZ8发动机，装备国产涡轴-9发动机(1000KW级)的量产型武直-10等。
图4 T700发动机
图5 T800发动机
3 结语：涡轮轴发动机的发展
涡轮轴发动机作为直升机的动力,由于直升机的特点决定了其用途十分广泛。
从某种意义上讲,在国民经济和社会公共事务中使用直升机,是个国家经济和技术发达的一种重要标志。
从一定意义上讲,一个国家的军队中直升机(包括运输、侦察、武装直升机)装备的数量多少,是其战斗力强弱的一个重要标志。
为了满足21世纪军用直升机的需求,世界上有关国家均在对现有涡轮轴发动机进行改进改型的同时,正在努力发展下一代涡轮轴发动机。
未来涡轴发动机技术将进一步提升,发动机的增压比将达到20~30,涡轮进口温度达到1600~2000K,寿命普遍可超过6000小时，美国陆军“未来战斗系统”设想的重型直升机要求达25吨级,X2X3等新型直升机的发展和直升飞
车等组合飞行器的出现,同时为克服涡轮轴发动机和直升机传统的传动减速装置十分笨重，国外已开始研究喷气旋翼和翼尖喷气发动机及液压传动减速系统。
未来，涡轮轴发动机将迎来一场革命。