飞机发动机原理——涡轮螺旋桨发动机

飞机发动机原理——涡轮螺旋桨发动机 飞机发动机原理——涡轮螺旋桨发动机 2006年11月25日 一般来说，现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的。因为对于涡轮风扇发动机来说，若飞行速度一定，要提高飞机的推进效率，也就 是要降低排气速度和飞行速度的差值，需要加大涵道比；而同时随着发动机材料 和结构工艺的提高，许用的涡轮前温度也不断提高，这也要求相应地增大涵道比。 对于一架低速（500～600km/h）的飞机来说，在一定的涡轮前温度下，其适当的 涵道比应为50以上，这显然是发动机的结构所无法承受的。 为了提高效率，人们索性便抛去了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇， 便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃 气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。由于螺旋桨的直径较大，转速要远比涡轮低， 只有大约1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之 间安装一个减速器，将涡轮转速降至十分之一左右后，才可驱动螺旋桨。这种减速器的负荷重，结构复杂，制造成本高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总 重，作为发动机整体的一个部件，减速器在、制造和试验中占有相当重要的 地位。 涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道， 由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，因此这种发动机实 际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。 尽管工作原理近似，但涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在产生动力方面 却有着很大的不同，涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率， 而尾喷管喷出的燃气推力极小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋 桨，涡轮级数也比涡轮风扇发动机要多，一般为2～6级。 同活塞式发动机＋螺旋桨相比，涡轮螺旋桨发动机有很多优点。首先，它的 功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超过10000马力，功重比为4以上；而活塞式发动机最大不过三四千马力，功重比2左右。其次，由于减少了运动部件，尤其是没有做往复运动的活塞，涡轮螺旋桨发动机运转稳定性好，噪 音小，工作寿命长，维修费用也较低。而且，由于核心部分采用燃气发生器，涡 轮螺旋桨发动机的适用高度和速度范围都要比活塞式发动机高很多。在耗油率方 面，二者相差不多，但涡轮螺旋桨发动机所使用的煤油要比活塞式发动机的汽油 便宜。 由于涵道比大，涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇发动机，但 受到螺旋桨效率的影响，它的适用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中的到广泛 应用。