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四、涡轮
小型涡轴发动机的涡轮，与压气机相似，二次流动 损失大，当前小型轴流式涡轮，主要的也 是冷却问 题。高压级叶片尺寸小，而冷却流路的缝隙不可能 按比例缩小，其结果使得占相当 大比例的空气流量 不能参加作功，用于冷却。这样会影响发动机方面 的性能。在这方面当前 努力的方向是在占一定比例 的冷却空气流量下，提高它的冷却效果，从而使涡 轮前燃气温度 有可能作进一步提高。
➢ 直升机的可用功率轴或者说功率杆给出燃气发生器可 以提供的最大功率。
➢ 该杆控制启动、停车、燃气发生器转速等。 ➢ 发动机的实际发出的功率则由负载要求轴即桨距杆确
定。负载要求轴与总距调节相连。
➢ 采用电子控制装置的发动机，旋翼恒速、负载分配、 超温限制、超扭限制等功能易于实现，自动地精确调 准保证旋翼转速下的功率要求。
第十章 涡轮轴发动机
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▪ 概论 ▪ 基本工作原理和主要参数 ▪ 部件特点
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▪ 涡轮轴发动机
➢ 燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力 涡轮而不在喷管内膨胀产生推力
➢ 动力涡轮轴上输出的功率可以用来带动直升机 的旋翼和尾桨
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第一节 概论
▪ 涡轮轴发动机是直升机的动力装置。它的主要特点是燃 气发生器后的燃气所具有的可用能量 ，几乎全部通过涡
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▪ 与活塞式发动机相比，主要的优点： 首先是重量轻， 体积小。同样功率为600kW左右的发动 机，它的重量还不到活塞式发动机的三分之一。大功率 的发动机，它们重量则悬殊更大，采用涡轮轴发动机则 更为利。 其次是涡轮轴发动机 没有往复运动的机件，所以振动小， 噪音小。但必须指出，在单位燃油消耗率方面，目前与 活塞式发动机相比，还有一定的差距。
▪ 要求减轻减速器的重量 非常重要的问题之一。
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Hale Waihona Puke 七、调节规律 1对涡轮轴发动机最大工作状态的调节，如果采用燃 气发生器转速N1作为被调参数，则可取 供油量Gf
供油量增加，意味着涡轮前燃气温度增加，燃气发 生器转速N1上升，这时候自由涡轮转速也相应上升。 当旋翼的桨距角φ增大时，旋翼上的气动扭矩增加。 若要维持转速N2不 实际情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，一 般说一个调节作用量只能调节 一个被调参数。
改变旋翼转速和旋翼桨距实现。 ▪ 旋翼桨叶尺寸很大，发动机转子转速必需经过减
速器减速后驱动旋翼。 ▪ 旋翼转速改变带来离心力的很大变化，希望旋翼
转速恒定，由自由涡轮来驱动旋翼将极为方便。 ▪ 旋翼恒速即自由涡轮恒速，功率的改变则靠桨距
改变，相应改变燃气发生器转速实现。
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第三节 部件特点
▪ 直升机的飞行速度较低，压气机进口的流速总是 大于飞行速度。所以进气系统为收敛管道的 进气 系统。直升机工作的环境，起飞和着陆一般不在 专门的机场上，例如在沙漠、草原、 高山等地都 有可能，发动机特别容易受到外物的侵袭。
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1 研制比较方便，前后两个部件可分别进行，特别是 采用现成的涡轮喷气发动机改型时， 更为有利；
2 起动时只要带动燃气发生器，所以所需要的起动机
3 自由涡轮的工作对燃气发生器工作的影响较少，燃
4 燃气发生器和旋翼以各自不同的转速工作，比较有 利于选择各自合适的转速；
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二、定轴式涡轮轴发动机
▪ 多级涡轮作为一个整体向压气机和减速器轮 出功率，相对 于自由涡轮工它具有以下优点：主要是便于作前输出轴的结
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六、减速器
▪ 动力涡轮的转速较高，而旋翼的转速较低，相差近 百倍，因而就要有减速器。由于减速比大 ，要有多 级减速，才能实现功率的传递。在结构上，通常分 体内减速器和主减速器。前者被 认为是发动机的一 个组成部件，后者被认为是独立于发动机的一个部 件。对于多发装置，则 多个发动机共同合用一个主 减速器。对减速器，除了工作可靠之外，主要的要 求是重量轻和
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五、排气喷管
动力涡轮后的燃气一般仍然具有较高的流速，而静压 低于外界大气压。这是涡轮工作的需要 ，可增加轴 的输出功率。气流经过排气喷管，其静压提高，流 速 降低，到喷管的出口时， 在静压等于外界大气 压的条件下，以相当低的流速排出外界。所以，排 气喷管是起扩压的作 用。减少喷管的扩压损失，也 就意味着力涡轮能获得更多的功。
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➢ 为直升机提供动力的多台发动机输出扭矩相加， 并且与预定的扭矩限制值比较。如果总扭矩超 限，将同时减少各台发动机的燃油流量减少输 出扭矩。
➢ 自由涡轮（动力涡轮）转速调节器，始终保持 动力涡轮转速等于选的基准值，用于保持旋翼 转速恒定。
➢ 排气温度限制器保持涡轮温度不超限。
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▪ 可用功率轴（功率杆）和负载要求轴（桨距杆） ➢ 直升机有可用功率轴和负载要求轴，形式上类似于一 般发动机的功率杆和停车杆，但功能不同。
▪ 涡轮轴发动机与涡轮喷气发动机一样，主要的过程参数仍然 是涡轮前燃气温度和压 气机增压比πK选涡轮轴发动机不同
1、发动机功率Ne 2、单位功率Ns 3、功率重量比 4、单位燃油消耗率 5、发动机剩余推力
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▪ 发动机转子转速必需经过减速器减速后驱动旋翼。 ▪ 直升机不同飞行状态所要求的不同功率可以通过
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七、调节规律
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对涡轮轴发动机最大工作状态的调节，如果采用燃气发生器 转速N1作为被调参数，则可取 供油量Gf作为调节作用量。 供油量增加，意味着涡轮前燃气温度增加，燃气发生器转速 N1上升，这时候自由涡轮转速也相应上升。当旋翼的桨距 角φ增大时，旋翼上的气动扭矩增加。若要维持转速N2不
实际情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，一般说一个 调节作用量只能调节 一个被调参数。
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第二节 基本工作原理和主要参数
一、自由涡轮式发动机
▪ 燃气发生器其中带动压气机的涡轮叫做压气机涡 轮。在压气机涡轮之后为动力 涡轮，如果与前面 的涡轮在机械上没有联系，称为自由涡轮。
▪ 自由涡轮通过输出轴输出功率 ， 经减速器(通常 有体内减速器和主减速器)以低转速和大扭矩带动 旋翼，小部分功率通过尾桨减速器带动尾桨。这
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三、燃烧室
对于小型涡轮轴发动机的燃烧室，主要存在以下两个问题： 一是供油量小，而喷嘴的出口孔 径和压降都不太小。这就 限制了喷嘴的数目，因而造成燃油分布不合要求，导致温度 场极不 均匀。为此，可采取通过发动机轴中心甩盘供油的 方式。 二是发动机的其他各部件尺寸按发动机功率的大小基本上可 成比例的缩小，而考虑到燃烧完全 的程度，燃料在燃烧室 中必须有一定的停留时间，这样，燃烧室的长度就不能成比 例地缩短。由此而引起对燃烧室壁面冷却的负担和涡轮轴的 长度增加，使刚性变差。为此常采用回流式的燃烧室。这种 结构还便于检查热部件工作的情况，对维护工 作有利。
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二、压气机
在小型涡轮轴发动机上采用单级离心或双级离心压 气机，除了在效率方面的考虑和离心式压 气机所固 有的工作比较稳定之外，还有三方面的优点值得提 出，一是结构简单，可降低制造 和维护成本；二是 抗外特击伤的性能比轴流式要好得多；三是与轴流 式压气机叶片相比，抗 高频疲劳性能比较好，可延 长使用寿命。
2 定轴式
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▪ 功率匹配：
➢ 直升机大多采用多台发动机，它们驱动共同的旋翼。 ➢ 所以希望每台发动机的输出功率相同即功率匹配，这
对直升机的强度是有利的。 ➢ 匹配最大原理：如果使用两台发动机，将两台发动机
的扭矩做比较。输出扭矩大的发动机不做改变，输出 扭矩小的发动机将增加燃油流量，增大输出扭矩，直 到与扭矩大的发动机相等。这称为匹配最大原理，它 可以防止扭矩负载分配回路将好的发动机功率减少去 匹配功率受到限制的发动机。