渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在工作和結(jié)構(gòu)上與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相似。都是從渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的原理演變而來，只是后者把風(fēng)扇變成了螺旋槳，而前者把風(fēng)扇變成了直升機(jī)旋翼。此外，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特點(diǎn)：它通常配備有一個(gè)自由渦輪（即設(shè)計(jì)用于輸出功率而不驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的渦輪機(jī)），主要用于直升機(jī)和垂直/短距起落飛機(jī)上。

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)類似于渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，曾被歸為同一類。它們都是由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)演變而來的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，而渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直升機(jī)的旋翼軸，以獲得升力和氣動(dòng)控制力。當(dāng)然，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特點(diǎn)：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般沒有自由渦輪。

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分特征，也有進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室和噴嘴等基本部件。其獨(dú)特的自由渦輪位于燃燒室后面，高能氣體通過傳動(dòng)軸對自由渦輪做功、減速器帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)起飛和飛行。與其他渦輪機(jī)不同，自由渦輪機(jī)不驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，但它專用于輸出功率，類似于蒸汽渦輪機(jī)。做功后排出的氣體通過尾噴管噴出，能量不大，產(chǎn)生的推力很小，只占總推力的十分之一左右。因此，為了滿足直升機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的需要，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管可以靈活布置，可以向上向下或側(cè)向布置，但不一定向后。盡管驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器渦輪和自由渦輪在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中沒有機(jī)械連接，但它們在氣動(dòng)上是密切相關(guān)的。對于這兩種渦輪，燃?xì)鉄崮艿姆峙湫枰S著飛行條件的變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)性能和直升機(jī)旋翼性能的最佳組合。

按照渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的理論，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子直徑越大越好。因?yàn)橥瑯拥暮诵陌l(fā)動(dòng)機(jī)，旋翼直徑越大，旋翼上產(chǎn)生的升力越大。但是能量轉(zhuǎn)換過程總是有損耗的，轉(zhuǎn)子可以 因?yàn)椴馁|(zhì)的原因不能太大，所以轉(zhuǎn)子的直徑是有限的。在目前的水平下，旋翼驅(qū)動(dòng)的氣流一般是渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的500到1000倍。

直升機(jī)唐 t飛得沒有固定翼飛機(jī)快，最大水平飛行速度通常是350公里/小時(shí)或更少，因此渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道設(shè)計(jì)也更加靈活。通常來說，入流通道設(shè)計(jì)成收斂的形狀，當(dāng)氣流收斂時(shí)帶動(dòng)氣流加速，使流場更加均勻。進(jìn)氣唇口為流線型，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，由于直升機(jī)緊貼地面飛行，一般需要去除進(jìn)氣中的雜質(zhì)，通常還有顆粒分離器。顆粒分離器可以與空氣入口一體設(shè)計(jì)。分離器被設(shè)計(jì)成某種螺旋形狀利用慣性力場，進(jìn)氣中的沙粒由于質(zhì)量大，在轉(zhuǎn)彎處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流，通過分流器排出進(jìn)氣道。

雖然渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量不高，但仍然是敵方紅外探測設(shè)備相當(dāng)客觀的目標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣是直升機(jī)的主要熱輻射源之一。戰(zhàn)斗直升機(jī)必須降低自身熱輻射強(qiáng)度，采用紅外壓制技術(shù)。一方面要盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)外露熱部件的表面溫度，更重要的是將外界的冷空氣引入并混合到高溫的室外空氣熱流中，從而降低溫度，稀釋二氧化氯的濃度，降低紅外特性。先進(jìn)的紅外抑制技術(shù)通常會(huì)把排氣裝置、冷卻風(fēng)道和發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置已完成、有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造。

壓縮機(jī)有軸流式和離心式兩種。軸流式壓縮機(jī)，小面積、流量大；離心式結(jié)構(gòu)簡單、工作較穩(wěn)定。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)從純軸流起步，發(fā)展到單級離心、從雙級離心壓縮機(jī)到軸流壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)的組合式壓縮機(jī)經(jīng)歷了許多變化。目前渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用由幾級軸流和一級離心組成的組合壓氣機(jī)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。國產(chǎn)渦軸-6、渦軸-發(fā)動(dòng)機(jī)是由一級軸流和一級離心組成的組合式壓氣機(jī)；黑鷹”直升機(jī)上的T700發(fā)動(dòng)機(jī)采用5級軸流和1級離心壓氣機(jī)。壓縮機(jī)部件主要包括進(jìn)氣導(dǎo)流板、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)定子和防喘振裝置等。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的組件軸流式轉(zhuǎn)子的葉片圍繞工作葉輪呈葉柵狀排列，而離心式轉(zhuǎn)子 的葉片呈放射狀鑄造在葉輪外部。壓縮機(jī)定子由壓縮機(jī)外殼和靜葉片組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣被轉(zhuǎn)子葉片迫使向后流動(dòng)，這不僅加速了空氣，而且壓縮了空氣轉(zhuǎn)子葉片后面的氣壓大于前面的氣壓。離開轉(zhuǎn)子葉片后，氣流進(jìn)入起擴(kuò)散器作用的定子葉片。在定子葉片的通道中，空氣速度降低、當(dāng)壓力上升時(shí)，它被進(jìn)一步壓縮。一個(gè)轉(zhuǎn)子加上一個(gè)定子稱為第一級。為了測量通過壓縮機(jī)的空氣壓縮程度，通常使用壓縮后的壓力與壓縮前的壓力之比，即壓力增加比。

在結(jié)構(gòu)上，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有進(jìn)氣口、壓氣機(jī)、燃燒室排氣噴嘴和其它氣體發(fā)生器基本上已建成，但一般都裝有自由渦輪如圖，前面是兩級普通渦輪，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，保持發(fā)動(dòng)機(jī)工作，后面第二級是自由渦輪，氣體在其中做功，專門用來通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)，使其飛行。另外，渦輪流出的氣體通過尾噴管噴出時(shí)，可以產(chǎn)生一定的推力由于噴射速度低，這個(gè)推力很小，如果換算成功率，大約只有總功率的十分之一。有時(shí)噴射速度太小，甚至產(chǎn)生不了推力。為了合理安排直升機(jī)的結(jié)構(gòu)，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管可以向上向下或側(cè)向，不像渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)必須向后。這有利于直升機(jī)設(shè)計(jì)的總體安排。

渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)用于直升機(jī)，它與旋翼共同構(gòu)成直升機(jī)的動(dòng)力裝置。按照渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的理論，理論上來說，轉(zhuǎn)子的直徑越大越好。同樣的核心發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生同樣的循環(huán)功率，旋翼直徑越大，旋翼上產(chǎn)生的升力越大。實(shí)際上，由于能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗，轉(zhuǎn)子不可能做成無限大，所以轉(zhuǎn)子的直徑是有限的?！ㄟ^轉(zhuǎn)子的空氣流量是通過渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的500-1000倍。

在帶壓氣機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)類型中，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)較晚，但它已用于直升機(jī)和垂直/短距起落飛機(jī)已被廣泛使用。

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)于1951年12月安裝在直升機(jī)上，進(jìn)行了首次飛行。當(dāng)時(shí)是渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有自己的系統(tǒng)。以后，隨著直升機(jī)在軍事和國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用越來越多，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了獨(dú)立的地位。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)功率

作為渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)部減速器通常被視為其一部分，所以發(fā)動(dòng)機(jī)功率是指通過內(nèi)部減速器輸出的功率。對于一些大型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，作為一個(gè)部件，發(fā)動(dòng)機(jī)不包括內(nèi)部減速器。所指的功率是渦輪軸的輸出功率。作為性能指標(biāo)，一般指最大起飛功率。像渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力一樣，動(dòng)力可以 不能反映發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。但必須注意的是，只要在用的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)還有改裝價(jià)值，提高最大起飛功率往往是某型號(hào)改進(jìn)和改裝的一個(gè)方面。這樣就可以在不花費(fèi)太多財(cái)力物力的情況下，提高飛機(jī)的性能，拓展應(yīng)用領(lǐng)域或者提高飛機(jī)的性能。

2.功率重量比

對于大型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，如果功率是7000kw，這個(gè)指標(biāo)可以達(dá)到7kw/Kg以上，而且小，比如功率200kw，只有3kw/kg左右。但必須指出的是，前者沒有內(nèi)變徑管，而后者包括內(nèi)變徑管。所以在評價(jià)這個(gè)性能指標(biāo)的時(shí)候，這一點(diǎn)一定要注意。一般來說，大的和小的不應(yīng)該放在一起比較來評價(jià)其質(zhì)量。

3.單位燃油消耗率

在最大起飛功率下，大型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到0.270kg/kw*h左右，小的大概0.400kg/kw*h左右