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涡轮螺旋桨发动机的工作原理
发布时间:涡轮螺旋桨发动机的工作原理

  在燃气发生器后,加装一套涡轮(1级或多级),燃气在这后一涡轮(一般称为动力涡轮或低压涡轮)中膨胀,驱动它高速旋转并发出一定功率,动力涡轮的前轴(称动力轴)穿过核心机转子,通过压气机前的减速器驱动螺旋桨,就组成了涡轮螺旋桨发动机。涡轮螺旋桨发动机的主要特点,是将燃气发生器产生的大部分可用能量由动力涡轮吸收并从动力轴上输出,用于带动飞机的螺旋桨旋转;螺旋桨旋转时把空气排向后面,由此产生向前的拉力使飞机向前飞行。涡轮出口的燃气在尾喷管中膨胀加速并喷出,产生反作用推力。由于燃气的温度和速度极低,所产生的反作用力(推力)一般比较少,这个推力转化为推进功率时,仅约占涡轮螺旋桨发动机功率的10%,正因为排出发动机的能量大大降低了,因此,涡轮螺旋桨发动机的经济性好。

  大多数的涡轮螺旋桨发动机,动力涡轮与燃气发生器的涡轮是分开的,且以不同的转速工作。由于动力涡轮与核心机没有机械地连成一体,因此也称它为自由涡轮。上面的简图,即为这种类型的涡轮螺旋桨发动机。少数的涡轮螺旋桨发动机,将动力涡轮与燃气发生器的涡轮机械地连接在一起,成为定轴式或单轴式涡轮螺旋桨发动机。我国自行设计、生产的“运八”运输机所用的“涡桨六”涡轮螺旋桨发动机、英国“子爵号”四发旅客机用的“达特”涡轮螺旋桨发动机均为定轴式涡轮螺旋桨发动机。

  在具有动力涡轮(自由涡轮)的涡轮螺旋桨发动机中,动力涡轮的转速较高,一般在6000~12000转/分。在定轴式涡轮螺旋桨发动机中,燃气发生器的涡轮转速更高,一般在8000~18000转/分(小功率的涡桨发动机转速高的可达40000转/分),但是螺旋桨的转速必须很低,一般只有1000转/分左右。因此,在涡轮螺旋桨发动机中,均要有减速器,以便将动力涡轮(在具有自由涡轮的涡轮螺旋桨发动机中)或燃气发生器涡轮(在定轴式涡轮螺旋桨发动机中)的转速降低到螺旋桨所要求的工作转速。

  文章来源于中国航空学会动力分会,内容主要来源于刘大响院士、陈光教授撰写的航空动力科普书《航空发动机:飞机的心脏》。

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