渦輪軸發動機

渦輪軸發動機與渦輪螺旋槳發動機相似，曾經被划入同一分類。它們都由渦輪噴氣發動機演變而來，渦槳發動機驅動螺旋槳，渦輪軸發動機則驅動直升機的旋翼軸獲得升力和氣動控制力。當然渦輪軸發動機也有自己的特色：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發動機一般沒有自由渦輪。

渦輪軸發動機具有渦輪噴氣發動機的大部分特點，也有著進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等基本組件。其特有的自由渦輪位於燃燒室後方，高能燃氣對自由渦輪作功，通過傳動軸、減速器等帶動直升機的旋翼旋轉，從而升空飛行。自由渦輪並不像其他渦輪那樣要帶動壓氣機，它專門用於輸出功率，類似於汽輪機。做功後排出的燃氣，經尾噴管噴出，能量已經不大，產生的推力很小，包含的推力大約僅佔總推力的十分之一左右。因此，為了適應直升機機體結構的需要，渦輪軸發動機噴口可靈活安排，可以向上，向下或向兩側，而不一定要向後。儘管渦輪軸發動機內，帶動壓氣機的燃氣發生器渦輪與自由渦輪並不機械互聯，但氣動上有著密切聯繫。對這兩種渦輪，在氣體熱能分配上，需要隨飛行條件的改變而適當調整，從而取得發動機性能與直升機旋翼性能的最優組合。

參照渦輪風扇發動機理論，渦輪軸發動機帶動的旋翼的直徑應該越大越好。因為同一個的核心發動機，所配合的旋翼直徑越大，在旋翼上所產生的升力就越大。但能量轉換過程總是有損耗的，旋翼限於材料品質也不可能太大，所以旋翼的直徑是有限制的。以目前的水平計算，旋翼驅動的空氣流量一般是渦輪軸發動機內空氣流量的500到1000倍。

直升機飛得沒有固定翼飛機快，最大平飛速度通常在350千米/小時以下，因此渦輪軸發動機的進氣口設計也較為靈活。通常把內流進氣道設計為收斂形，驅使氣流在收斂時加速流動，令流場更加均勻。進口唇邊呈流線形，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機的穩定工作。此外，由於直升機飛得離地面較近，一般必須去除進氣中雜質，通常都有粒子分離器。粒子分離器可以與進氣道設計成一體。分離器設計為一定螺旋形狀，利用慣性力場，使進氣中的砂粒因為質量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過分流排出進氣道之外。

儘管渦輪軸發動機排氣能量不高，但對於敵方紅外探測裝置來說仍然是相當客觀的目標。發動機排氣是直升機主要熱輻射源之一。作戰直升機必須減小自身熱輻射強度，要採用紅外抑制技術。一方面，要設法降低發動機外露熱部件的表面溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入並混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特徵。先進的紅外抑制技術通常將排氣裝置、冷卻空氣道以及發動機的安裝位置作為完整、有效的系統進行設計製造。

我們知道，壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式結構簡單、工作較穩定。渦輪軸發動機從純軸流式開始，發展了單級離心、雙級離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機，歷經多次變革。目前渦輪軸發動機一般採用若干級軸流加一級離心構成組合壓氣機，兼有兩者的優點。國產渦軸-6、渦軸-8發動機為1級軸流加1級離心構成的組合壓氣機；“黑鷹”直升機上的T700發動機採用5級軸流加1級離心壓氣機。壓氣機部件主要包括進氣導流器、壓氣機轉子、壓氣機靜子及防喘裝置等。壓氣機轉子是一個高速旋轉的組合件，軸流式轉子葉片呈葉柵排列安裝在工作葉輪周圍，離心式轉子 葉片則呈輻射形狀鑄在葉輪外部。壓氣機靜子由壓氣機殼體和靜止葉片組成。轉子旋轉時，通過轉子葉片迫使空氣向後流動，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉子葉片後面的空氣壓強大於前面的壓強。氣流離開轉子葉片后，進入起擴壓作用的靜子葉片。在靜子葉片的通道，空氣流速降低、壓強升高，得到進一步壓縮。一個轉子加一個靜子稱為一級。衡量空氣經過壓氣機被壓縮的程度，常用壓縮后與壓縮前的壓強之比，即增壓比來表示。