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渦輪螺旋槳發動機

渦槳發動機是飛機上常用的一種燃氣渦輪發動機(Gas   turbine 3356 engine)渦槳發動機的驅動原理與傳統螺旋槳飛機以活塞發動機為動力源基本相同,以螺旋槳旋轉時產生的力作為飛機的推進力。螺旋槳與活塞螺旋槳的主要區別在于,渦槳發動機的螺旋槳通常是勻速運轉的,而活塞動力的螺旋槳是根據發動機轉速而變化的。以俄羅斯HK為代表-93涵道螺旋槳風扇發動機。

目錄

構造

渦輪螺旋槳發動機渦輪螺旋槳發動機

這種發動機的結構與渦輪噴氣發動機基本相同,只是多了一個、二個部件。如右圖所示,它還有一個進氣口、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管。這些部件的工作也類似于渦輪噴氣發動機。啟動時,渦輪開始工作,帶動前面的壓縮機旋轉,從進氣口吸入大量空氣。壓縮空氣從壓縮機進入燃燒室,與噴射出的燃油混合點燃燃燒,產生氣體并放出大量熱量。熱氣再次進入渦輪,推動渦輪高速旋轉。經過渦輪的氣體最終經過尾噴管,從噴管噴出。

但渦槳發動機不僅驅動壓氣機和各種附件,還驅動前螺旋槳。因為螺旋槳的轉速遠低于渦輪,一般在每分鐘1000轉左右,所以必須在發動機上安裝一套減速齒輪。依靠它,可以大大降低螺旋槳的轉速。所以這種發動機實際上是在渦噴發動機的基礎上,多加了兩個部件,——,一個螺旋槳和一套減速齒輪。

動力來源

渦輪螺旋槳發動機利用螺旋槳產生的拉力(推力)主要是噴氣產生的推力很小,只占螺旋槳的九分之一左右。

安裝

對于拉進式飛機,發動機多安裝在機頭或機翼前緣,可以減輕機翼的載荷因為發動機的重力和升力是相反的,所以這些外力產生的彎矩就減小了。另一種是推進,即發動機安裝在機翼后緣或機身后段。這種布置使機翼和機身處于螺旋槳的滑流之外,所以阻力會降低,但主起落架較高,重量會增加,地面工作的發動機冷卻條件也較差,所以目前很少使用。

固定

渦槳發動機的固定有一個特點,就是螺旋槳工作時會引起振動,所以在固定裝置與發動機的連接處要使用減振裝置。這種發動機通常由發動機機架固定,然后連接到機身或短艙的受力骨架上,如加強隔板架。

優缺點

優點

盡管渦輪螺旋槳發動機的燃燒室類似于渦輪噴氣發動機的燃燒室,

渦輪螺旋槳發動機渦輪螺旋槳發動機

而是為了從廢氣中回收更多的動力來驅動渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳和渦輪(Turbine)末端的風扇葉片數量相對較多。相反,由于渦噴發動機的主要推進力來自于熱氣直接排入大氣所產生的反作用力,所以渦輪端的葉片級數越小越好,只要保持足夠的回收功率來驅動壓縮端的葉片即可。

缺點

事實上,渦槳發動機的效率高于渦扇發動機,但使用渦槳發動機的飛機速度通常低于渦扇發動機。原因是渦槳發動機的涵道比通常高于渦扇發動機,但也造成了葉片末端的高轉速,可能會產生激波。此外,由于渦輪轉速很快,渦輪和螺旋槳之間必須有變速齒輪,以降低螺旋槳的轉速,使葉片末端不超過音速。所以使用螺旋槳發動機的飛機會失去多個變速齒輪的重量。

應用范圍

渦輪螺旋槳發動機渦輪螺旋槳發動機

渦槳發動機不僅能在海平面和飛機起飛條件下良好工作,而且在10000米左右的高空也有良好的工作性能由于螺旋槳效率降低的限制,不能用于高速飛行,但在中低速時使用渦槳發動機是合適的。目前在中速遠程運輸機中、旅客機、海上巡邏機、反潛機經常使用這種發動機,甚至一些遠程轟炸機也使用渦槳發動機。

差異分析

發動機的差異

雖然工作原理相似,但是渦槳發動機和渦扇發動機在發電方面有很大的區別渦槳發動機的主要動力輸出方式是螺旋槳的軸功率,而來自尾噴管的氣體推力極小,僅占總推力的5%左右,為了驅動大功率螺旋槳,渦輪級數也比渦扇發動機多,一般2 ~ 6級。

由于涵道比大,渦槳發動機在低速時效率高于渦扇發動機,但由于螺旋槳效率的影響,其適用速度不宜過高,一般小于900km/h。在中低速或對低速性能有嚴格要求的飛機上巡邏、廣泛應用于反潛或滅火飛機。

發動機螺旋槳差

渦輪螺旋槳發動機有許多優點。首先,它功率大,功率重量比高(功率/重量)同樣大,最大功率可以超過10000馬力,功率重量比在4以上;活塞發動機最大馬力三四千匹,功率重量比2左右。其次,由于減少了運動部件,特別是不往復運動的活塞,渦槳發動機運行穩定性好,噪音低,工作壽命長,維護成本低。而且由于核心部分采用了燃氣發生器,渦槳發動機的適用高度和速度范圍都比活塞發動機高很多。從油耗來說,兩者差不多,但是渦槳發動機用的煤油比活塞發動機用的汽油便宜。

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