第14讲 涡轮轴发动机

本文由yihui昕贡献
ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
思考题 比较活塞、涡喷、涡扇和涡桨发动机的优缺点。 比较活塞、涡喷、涡扇和涡桨发动机的优缺点。 单轴和分轴式涡桨发动机各有什么优缺点？ 单轴和分轴式涡桨发动机各有什么优缺点？ 涡桨发动机的主要性能指标有哪些？ 涡桨发动机的主要性能指标有哪些？ 什么是变矩螺桨，如何适应需要变矩？ 什么是变矩螺桨，如何适应需要变矩？ 简述涡桨发动机的速度特性。 简述涡桨发动机的速度特性。 简述涡桨发动机的高度特性。 简述涡桨发动机的高度特性。 什么是高空涡轮螺桨发动机？ 什么是高空涡轮螺桨发动机？
第9章 涡轮轴发动机
TurboTurbo-shaft engine
9.1 涡轮轴发动机概述 直升机及其发动机 1936年德国福克 乌尔夫公司推出的 年德国福克-乌尔夫公司推出的 年德国福克 乌尔夫公司推出的Fw61是世界第一 是世界第一 架实用载人直升机，采用活塞发动机； 架实用载人直升机，采用活塞发动机；
20世纪 年代中期，涡轮轴发动机开始用于直升机； 世纪50年代中期 涡轮轴发动机开始用于直升机； 世纪 年代中期， 20世纪 年代以后，新研制 世纪60年代以后 世纪 年代以后，新研制2000kW以上直升机几乎全 以上直升机几乎全 部采用涡轮轴发动机。 部采用涡轮轴发动机。
9.1 涡轮轴发动机概述 涡轮轴发动机简称涡轴发动机， 涡轮轴发动机简称涡轴发动机，其燃气发生器 出口的燃气所具有的可用功， 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。 输出，带动直升机的旋翼和尾桨。
特点： 特点：
同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 将热机获取机械能中的全部转换为涡轮功输出； 将热机获取机械能中的全部转换为涡轮功输出； 涡轮输出功率带动直升机旋翼和尾桨。 涡轮输出功率带动直升机旋翼和尾桨。
9.1 涡轮轴发动机概述 涡轮轴发动机优点： 涡轮轴发动机优点： 重量轻，体积小； 重量轻，体积小； 功率大； 功率大； 振动小，噪音小； 振动小，噪音小； 易于起动，便于维修和操纵。 易于起动，便于维修和操纵。 其它方面： 其它方面： 耗油率； 耗油率； 制造成本。 制造成本。
9.1 涡轮轴发动机概述
带减速器；输出轴功，用于直升飞机、坦克、舰船、 带减速器；输出轴功，用于直升飞机、坦克、舰船、地面燃机等
UHSikorsky UH-60L Black Hawk
AHBoeing AH-64D Apache Longbow
地面燃机

坦克、 坦克、装甲车
9.1 涡轮轴发动机概述
慕尼黑涡轮联合公司/ 慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
MTR390
在轴流离心组合式压气机的基础上， 在轴流离心组合式压气机的基础上，为进一步提高涡轴发动机转子 动力学特性和抗外物能力，且提高总增压比， 动力学特性和抗外物能力，且提高总增压比，现代和下一代涡轮轴 发动机开始采用双级离心式压气机。 发动机开始采用双级离心式压气机。英、法、德三国联合研制的新 一代涡轮轴发动机MTR390就是典型的代表，其双级离心式压气机 就是典型的代表， 一代涡轮轴发动机 就是典型的代表 的总增压比达到13. 的总增压比达到
9.1 涡轮轴发动机概述
涡轴8（ 涡轴 （WZ8） 法国透博梅卡（TM）公司 ） 法国透博梅卡（ ） 轴功率525kW，重160kg ， 轴功率
9.1 涡轮轴发动机概述
T-700 涡轴发动机
9.2 涡轮轴发动机的结构 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机 相同点： 相同点： ?都是将燃气发生器产生的绝大部分可用功通过 都是将燃气发生器产生的绝大部分可用功通过 动力涡轮以机械功形式由传动轴输出； 动力涡轮以机械功形式由传动轴输出； ?输出功率范围也差不多； 输出功率范围也差不多； 输出功率范围也差不多 ?所需的燃气发生器都属于中小型的。 所需的燃气发生器都属于中小型的。 所需的燃气发生器都属于中小型的
9.2 涡轮轴发动机的结构 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机 不同: 不同: 动力涡轮轴的输出方向要求不同： 动力涡轮轴的输出方向要求不同：涡桨发动机要求 动力涡轮轴向发动机前方输出； 动力涡轮轴向发动机前方输出；而对涡轴发动机的 动力涡轮轴不一定从发动机前方输出； 动力涡轮轴不一定从发动机前方输出； 减速器不同，涡轴发动机所带动的旋翼转速很低， 减速器不同，涡轴发动机所带动的旋翼转速很低， 左右， 仅200r/min左右，减速比高，一般采用二个减速 左右 减速比高， 一个减速器安装在发动机的“体内减速器” 器，一个减速器安装在发动机的“体内减速器”， 另一个安装在直升机上的“体外减速器” 另一个安装在直升机上的“体外减速器”； 涡轴发动机的工作环境往往离地面较近， 涡轴发动机的工作环境往往离地面较近，容易将沙 石等杂物吸入发动机内，为了避免杂物损坏发动机， 石等杂物吸入发动机内，为了避免杂物损坏发动机， 对涡轮轴发动机的进气道有特殊的要求。 对涡轮轴发动机的进气道有特殊的要求。
9.2 涡轮轴发动机的结构 结构型式 : 为避免动力涡轮所带动的二个减速器和直升机 旋翼的巨大惯性对燃气发

生器的影响， 旋翼的巨大惯性对燃气发生器的影响，涡轮轴发动 机的动力涡轮一般都采用自由涡轮结构， 机的动力涡轮一般都采用自由涡轮结构，与燃气发 生器涡轮分离，成为分轴式涡轮轴发动机。 生器涡轮分离，成为分轴式涡轮轴发动机。 涡轮轴发动机的燃气发生器有单轴式的， 涡轮轴发动机的燃气发生器有单轴式的，也有 双轴式的。 双轴式的。很多型号的涡轮轴发动机与涡轮螺桨发 动机采用相同的燃气发生器。 动机采用相同的燃气发生器。
9.3 涡轮轴发动机的性能参数
性能指标 定义 说明 对于某些大型的涡轮轴发动机， 对于某些大型的涡轮轴发动机， 有时对体内减速器不作为发动机 的一个部件， 的一个部件，所指的功率就是动 力涡轮轴输出的功率。 力涡轮轴输出的功率。 目前涡轮轴发动机的单位功率约 左右。 在 200kw?s/kg 左右。 大型的涡轮轴发动机， 大型的涡轮轴发动机，如功率为 的涡轮轴发动机， 7000kw 的涡轮轴发动机，功重比 可达 7kw/kg 以上；而小型的涡轮 以上； 轴发动机， 轴发动机，如功率为 200kw 的， 左右。 功重比仅为 3kw/kg 左右。但必需 补充指出， 补充指出，前者是不包括体内减 速器的，后者是包括体内减速器 速器的， 的。
发动机功率 Pe
单位功率 Ps
功重比 Rpm
9.3 涡轮轴发动机的性能参数
一般， 涡轮轴发动机尾喷管的 一般， 排气速度很低， 排气速度很低，这部分的推力可 忽略不计。因而， 忽略不计。因而，尾喷管的排气 方向也不一定与飞机前进方向相 为了结构上的方便， 反，为了结构上的方便，可任意 安排排气方向。 安排排气方向。对于个别大中型 的涡轮轴发动机， 的涡轮轴发动机，尾喷管排气速 度较高， 度较高，在起飞状态下可以获得 一定的推力， 一定的推力，但在巡航飞行状态 推力会小得多。 下，推力会小得多。 在起飞功率状态( 在起飞功率状态(最大工作状 大型的涡轮轴发动机， 态)，大型的涡轮轴发动机，耗油 左右， 率可达 0.270kg/kw?h 左右，小型 左右。 的约为 0.400kg/kw?h 左右。
发动机推力 F
耗油率 sfc
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 进气道
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 压气机 轴流式压气机效率较高， 轴流式压气机效率较高，大功率的燃气发生器几 乎全部采用轴流式压气机。 乎全部采用轴流式压气机。然而小功率的燃气发生器 不宜采用轴流式压气机，功率在1000kW以下的中小 不宜采用轴流式压气机，功率在 以下的中小 功率涡轴发动机几乎都采用离心式或轴流加离心的组 合式压气机，其中尤以组合式压气机为多。 合式压气机，其

中
尤以组合式压气机为多。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 燃烧室 小功率涡轴发动机的燃烧室，主要存在两个问题： 小功率涡轴发动机的燃烧室，主要存在两个问题： 1、燃油流量太小，而燃油喷咀的孔径和油压不能太 、燃油流量太小， 孔径太小易于堵塞，油压太小不能良好雾化。 小，孔径太小易于堵塞，油压太小不能良好雾化。如 果减少喷油咀的数量，会造成燃油分布不均匀，从而 果减少喷油咀的数量，会造成燃油分布不均匀， 导致燃烧室温度场不均匀。 导致燃烧室温度场不均匀。采取使燃油通过转动轴中 心由甩油盘供油的方式，可以解决。 心由甩油盘供油的方式，可以解决。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 燃烧室 2、空气流量小，但是燃料完全燃烧必须在燃烧室中 、空气流量小， 有一定的停留时间， 有一定的停留时间，所以燃烧室长度就不能成比例地 缩短。小型涡轴发动机中燃烧室的长度相对太长， 缩短。小型涡轴发动机中燃烧室的长度相对太长，使 发动机整体结构的刚性变差。为此， 发动机整体结构的刚性变差。为此，常采用回流式的 燃烧室。这种结构还便于检查热部件的工作情况， 燃烧室。这种结构还便于检查热部件的工作情况，便 于维护。 于维护。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 涡轮 小功率涡轴发动机的涡轮由于流量小、叶片短， 小功率涡轴发动机的涡轮由于流量小、叶片短， 二次流动损失较大， 二次流动损失较大，所以采用径向式涡轮是发展方向 之一。 之一。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 尾喷管 为增加动力涡轮的功率， 为增加动力涡轮的功率，可以使涡轮出口的静压 略低于周围大气压力， 略低于周围大气压力，动力涡轮出口的燃气仍具有较 高的流速。 高的流速。 直升机不需要发动机产生推力， 直升机不需要发动机产生推力，故可以采用扩张 形通道的尾喷管，气流在尾喷管中流速降低， 形通道的尾喷管，气流在尾喷管中流速降低，静压提 高，在尾喷管出口处静压等于或略高于外界大气压力 并以较低的流速排出，排气的动能比较小， ，并以较低的流速排出，排气的动能比较小，不被利 可以从直升机两侧排出。 用，可以从直升机两侧排出。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 减速器 减速器分为在发动机内部的体内减速器， 减速器分为在发动机内部的体内减速器，和放在 直升机上的体外减速器。 直升机上的体外减速器。 如装有多台涡轴发动机， 如装有多台涡轴发动机，则可以共用一个体外减 速器，体外减速器又称直升机主减速器。 速器，体外减速器又称直升

机主减速器。 发动机的体内
减速器一般约占发动机重量的 20%左右 主减速器的重量略低于发动机的重量。 20%左右，主减速器的重量略低于发动机的重量。 左右， 体内减速器和主减速器加在一起的重量与发动机重 量相当。所以减轻减速器的重量十分重要。 量相当。所以减轻减速器的重量十分重要。
9.5 涡轮轴发动机的调节与特性 节流特性
9.5 涡轮轴发动机的调节与特性 高度特性
1、起飞状态；2、应急状态；3、额定（最大连续）状态； 4、0.85额定；5、0.66额定
思考题 涡轮轴发动机有哪些优点？ 涡轮轴发动机有哪些优点？ 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机有什么异同？ 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机有什么异同？ 涡轮轴发动机的性能参数主要有哪些？ 涡轮轴发动机的性能参数主要有哪些？ 涡轴发动机进气道如何防止沙尘吸入压气机？ 涡轴发动机进气道如何防止沙尘吸入压气机？ 为什么中小型涡轮轴发动机往往采用离心式压气机？ 为什么中小型涡轮轴发动机往往采用离心式压气机？ 小功率涡轴发动机燃烧室主要有哪些问题，如何解决？ 小功率涡轴发动机燃烧室主要有哪些问题，如何解决？