[科普中国]-涡轮螺旋桨发动机

发动机的构造

这种发动机的构造基本上和涡轮喷气发动机一样，不同的是，多了一、二个部件。如右图所示，它也有进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。这些部件的工作也和涡轮喷气发动机的相似。当启动之后，涡轮开始工作，带动了前面的压气机旋转，从进气道吸入大量空气。被压缩的空气从压气机进入燃烧室，在这里和喷出的燃油混合点火燃烧，产生燃气并发出大量的热。热气再进入涡轮，吹动它高速旋转。经过涡轮的燃气最后再通过尾喷管，从喷口喷出。

但是涡轮螺旋桨发动机不仅要带动压气机和各种附件，而且要带动前面的螺旋桨。由于螺旋桨的转速比涡轮低得多，一般在每分钟1000转左右，所以发动机上必须安装一套减速齿轮。依靠它，可使螺旋桨的转速大大降低。所以这种发动机实际上是在涡轮喷气发动机的基础上，多加了两个部件——一副螺旋桨和一套减速齿轮。2

动力来源涡轮螺旋桨发动机以螺旋桨产生的拉力（推力）为主，喷气所产生的的推力很小，只占螺旋桨的九分之一左右。2

涡轮螺旋桨发动机的安装位置对于拉进式的飞机，其发动机多安装在机头或者机翼前缘，这样可以使机翼上所受的载荷降低，因发动机的重力与举力的方向相反，减少了由这些外力产生的弯矩。另一种是推进式，即发动机安装在机翼后缘或者机身后段。这种安排方式使机翼和机身位于螺旋桨的滑流之外，阻力会降低，但主起落架较高，重量增大，而且发动机在地面工作的冷却条件也较差，因此目前使用较少。2

涡轮螺旋桨发动机的固定涡轮螺旋桨发动机的固定有一个特点，就是螺旋桨工作时会引起振动，因此在固定装置与发动机的连接接头中要使用减震装置。这种发动机的固定多采用发动机机架，发动机机架再连到机身或者短舱的受力骨架如加强隔框上。2

优缺点优点虽然涡桨发动机的燃烧室与涡轮喷气发动机类似，但为了自排废气中回收较多的动力以驱动螺旋桨，涡桨引擎的涡轮（Turbine）端之扇叶级数比较高。相反的，由于涡轮喷气发动机主要的推进力都来自于热气直接排放至大气中所产生的反作用力，因此其涡轮端的扇叶级距数越小越好，只需保持足够的回收动力用来驱动压缩端的扇叶即可。1

缺点事实上，涡桨发动机的效率亦高于涡轮风扇发动机，但是使用涡桨引擎的飞机速度通常较涡轮风扇发动机的飞机来的低。原因是涡桨引擎的涵道比通常比涡轮风扇引擎来的高，但是也造成其桨叶端部分速度很高，有产生激波的可能。另外，因涡轮转动速度很快，使得涡轮与螺桨之间必须要有变速齿轮，来降低螺桨转速使其叶端不要超过音速。所以使用螺桨发动机的飞机会多个变速齿轮的重量。1

应用范围涡轮螺旋桨发动机不但在海平面和飞机起飞条件下可以很好的工作，而且在大约10000米的高度，它的工作性能依然很好，由于螺旋桨效率降低的限制，它不能用于高速飞行，但是在中低速下，使用涡轮螺旋桨发动机是适当的。目前在中速远程运输机、旅客机、海上巡逻机、反潜机等常常装用这种发动机，甚至还有某些远程轰炸机也使用涡轮螺桨发动机。2

差异分析与涡轮风扇发动机的差异尽管工作原理近似，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。

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。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得到广泛应用。1

与活塞式发动机+螺旋桨的差异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。1