涡轮轴发动机的性能参数、工作特点和应用发展

涡轮轴发动机的性能参数简介

a）轴功率

涡轮轴发动机可用功率取自动力输出轴，因而称之为轴功率。

b）轴功率质量比（功重比）

轴功率与涡轮轴发动机质量（或重量）之比。

c）单位功率

每秒流过涡轮轴发动机1公斤空气在功率输出轴上所产生的轴功率，即涡轮轴发动机轴功率与空气流量之比。

d）单位迎面轴功率

涡轮轴发动机轴功率与最大截面面积之比。

e）燃油消耗率

涡轮轴发动机每小时消耗的燃油量与涡轮轴发动机轴功率之比，又称耗油率。

7.3.2 涡轮轴发动机工作特点

涡轮轴发动机大多采用控制单一的燃气发生器燃油流量参数来控制其工作状态----动力涡轮转速。

判断涡轮轴发动机的性能是否先进，要比较在一定的轴功率下，单位功率和功重比越大，耗油率越小，其性能越好；反之则差。而单位迎面轴功率越大，则涡轮轴发动机装于直升机的配置性越好。

涡轮轴发动机的应用及发展

图7-12、世界上装载重量最大的直升机米-26正在吊运大型设备

涡轮轴发动机的应用

上世纪40年代到50年代中期，直升机一直采用活塞式发动机作为动力，由于这种发动机性能低，操作和控制复杂等缺点直接影响到直升机的发展。

1955年法国透博梅卡公司研制出第一台“阿都斯特”Ⅰ型涡轮轴发动机装上“云雀”Ⅱ直升机后，显示了涡轮轴发动机优越的性能和安全性，很快在功率在260kW以上的直升机上涡轮轴发动机得到广泛采用而基本上取代了活塞式发动机。

“云雀”Ⅰ型采用的是功率为149kW的活塞式发动机。“云雀”Ⅱ型是世界上最初采用涡轮轴发动机的直升机，它所用的发动机为功率269kW的阿都斯特Ⅰ型涡轮轴发动机，而图7-4所示的“云雀”Ⅲ型轻型直升机则是换装了功率更大的阿都斯特ⅢB发动机（功率为629kW），该直升机首飞于1959年2月，定型于1960年6月。

目前世界上功率最大涡轮轴发动机是前苏联的D-136，其输出功率为7457kW，用在米-26直升机（二台）上。

米-26直升机最大运载量达20吨，最大起飞重量达56吨，是世界上运载量最大的直升机。图7-12是米-26直升机吊运大型物资的照片。

现在世界上军用直升机总数达3万架左右，民用直升机超过12000架。直升机起飞重量从1吨到近100吨，其中起飞重量10吨以下的直升机占总数的75%以上。

而供直升机使用的涡轮轴发动机多达几十种，其功率大多在200千瓦到6000千瓦。由于直升机以轻型、中型为主，涡轮轴发动机的功率在1500千瓦以下的居多。

图7-13、国产直8直升机，机身上方装3台涡轴6发动机，前端并列二台，后端—台

7.4.1.1 中国的涡轮轴发动机

a）涡轴6（WZ-6）发动机

涡轴6发动机是为配装大型三发的直8水陆两用直升机而研制的。单发功率1130kW，重300公斤。该发动机1988年投入批生产，并装备于直8直升机（图7-13）上。

直8直升机上安装3台涡轴6发动机，装于直升机机身上，主减速器前平行地安装二台，进气口朝前方（见图），主减速器后安装—台，发动机进气口朝后。

b)涡轴8（WZ-8）发动机（参见图7-5、图7-11）

涡轴8发动机是根据20纪80年代从法国透博梅卡（TM）公司引进的阿赫耶1C1生产许可证而研制生产的。

其轴功率525kW，重160公斤。该发动机主要装于直9直升机上（图7-14）。我国驻港部队飞行团装备的就是直9直升机。

图7-14、国产直-9直升机

7.4.1.2 国外的涡轮轴发动机

自上世纪50年代以来，国外已研制成功了三代涡轮轴发动机。上世纪80年代初，由于石油禁运、通货膨胀，海上石油探测和军用直升机需求量减少，严重影响了直升机及其发动机的研制和生产。

到1988年，涡轮轴发动机的生产达到最低谷。上世纪90年代美国基本上是研制上世纪70年代和80年代发动机的改型。

国外能独立研制涡轮轴发动机的主要厂商有艾利逊公司、透博梅卡、通用电气、普惠（加拿大）、克里莫夫设计局、联信和罗·罗公司。

a）美国艾利逊公司的250涡轮轴发动机系列，主要为民用型。

b）法国透博梅卡公司的阿赫耶（Arriel）、马基拉、TM333和阿赫尤(Arrius)涡轮轴发动机系列。该公司还和罗·罗公司、德国MTU公司联合研制了MTR390发动机，和罗·.罗公司联合研制了RTM322发动机，前者用于“虎”式武装直升机，后者用于英国国防部的EH-101直升机。

c）普惠（加拿大）公司的涡轮轴发动机型号有PT6B-36A、PT6T-3B和PW206B，分别装于S-76B、212/412、EC135、EC120、MD900直升机。

d）美国通用电气公司的涡轮轴发动机，除T64大功率型外，主要是T700系列及其发展型。其中较为知名是装于AH-64“阿帕奇”直升机的T700-GE-701型发动机。

在海湾战争中，美国的AH-64“阿帕奇”攻击直升机横扫伊军坦克部队和各种纵深目标，为陆战的速战速决立下了汗马功劳。

图7-15、T800涡轮轴发动机

e）俄罗斯克里莫夫设计局生产TV2/TV3、TV3-117、TV7-117V等系列涡轮轴发动机。其中TV3-117产量最多，主要用于米-14/-24/-25/-35和卡-27/-29/-32/-50等直升机。

f) 美国艾利逊公司和联信发动机公司合资组成的轻型直升机涡轮发动机公司(LHTEC)，主要负责T800（图7-15）及其民用型CTS800先进涡轮轴发动机的研制，1993年T800发动机定型，用于RAH-66“科曼奇”侦察/攻击直升机（图7-16）。

RAH-66是美国研制的新一代直侦察/攻击直升机。早在1982年，美国陆军提出LHX(实验轻型直升机计划)，原计划需要5000架LHX来取代UH—1、AH—1、OH—58和OH—6等直升机，1990年计划购买量减少到1292架。

1988年6月，美国陆军发出LHX的招标，1991年4月8日，美国陆军宣布波音、西科斯基公司小组战胜了另一对手获胜，LHX随之进入原型机研制阶段。

1991年4月，正式将LHX命名为RAH—66，其中R表示侦察，A表示攻击，H表示直升机。原计划RAH-66于2001年交付使用，它将成为美国陆军的主力机种，执行武装侦察、反坦克和空战等任务。

但研制任务一再延误，其2号原型机于2003年5月23日才进行了安装成套任务设备(MEP)软件和新发动机的首次飞行，预计2009年才能全面装备部队。RAH-66最突出的优点是它采用了直升机中前所未有的全面隐身设计。

动力装置为2台轻型直升机涡轴发动机公司(LHTEC)研制的T800-LHT-800型涡轮轴发动机，每台最大功率为1149千瓦。两台发动机基本上独立工作，当一台发动机作战损伤时，不会影响到另一台的工作。只要有1台发动机工作，直升机就可以保证返航。

图7-16、美国新—代侦察/攻击直升机RAH-66 “科曼奇”

7.4.2 涡轮轴发动机的发展

涡轮轴发动机作为直升机的动力，由于直升机的特点所决定了其用途十分广泛。在民用方面，在国民经济的各个领域—从经济、生产部门到社会公共事务方面使用广泛，特别是那些现代化交通运输工具（固定翼飞机、火车、汽车、轮船等）难于接近的地方，或者不得不进行作业的地方，现代直升机能充分发挥其特长。

例如，海上油气田开采，高原山区运输，救灾抢险，森林防火等等，直升机都可大显身手。因此，从某种意义上讲，在国民经济和社会公共事务中使用直升机，是一个国家经济和技术发达的一种重要标志。

在军事领域中，直升机已从单纯的运输工具发展成为一种具有强大火力和机动能力的战斗武器。

在近代战争中，武装直升机在进行反坦克、对地攻击任务中，发挥了很大的作用。从一定意义上讲，一个国家的军队中直升机（包括运输、侦察、武装直升机）装备的数量多少，是其战斗力强弱的一个重要标志。

为了满足21世纪军用直升机的需求，世界上有关国家均在对现有涡轮轴发动机进行改型改进的同时，正在努力发展下一代涡轮轴发动机。下一代涡轮轴发动机的主要特点有以下几点。

a）在性能方面，压气机增压比、涡轮前温度将有较大幅度提高，由此单位功率和功重比也将有较大提高，耗油率将显著下降。

b）在结构方面，新材料和新工艺的使用，将会使下一代涡轮轴发动机的重量更轻，工作更为可靠。

c）在价格和维护性方面，下一代涡轮轴发动机的单位寿命价格应能进一步降低，而且更便于维护。

d）下一代涡轮轴发动机可能采用的新方案有变循环涡轮轴发动机和可转换的涡轴/涡扇发动机。这些方案力图使新的发动机在降低耗油率，提高直升机飞行速度等方面取得突破性进展。

e）为克服涡轮轴发动机和直升机传统的传动减速装置十分笨重的缺点，国外已开始研究喷气旋翼和翼尖喷气发动机及液压传动减速系统。如果这些方案能够实施，将会给直升机动力装置—涡轮轴发动机带来一场革命。

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