渦輪螺旋槳發動機

提示：此条目的主题不是渦輪扇發動機。
通用电气T64涡桨发动机，左侧为螺旋桨，中间为减速器和附件，右侧为涡轮机

渦輪螺旋槳發動機（英語：Turboprop Engines，簡稱渦槳發動機[1]）是一種驱动飛機螺旋桨的燃氣渦輪發動機。

涡桨发动机主要由进气道、减速器、压气机、燃烧室、涡轮及推进喷管等部分组成[2]。空气经进气道进入发动机后，首先在压气机中被压缩；随后，航空煤油在燃烧室内与压缩空气混合并燃烧，形成高温高压的燃气。该燃气在涡轮级中膨胀做功，在排气过程中释放能量，并最终经涡轮排出[3]。

涡轮产生的功一部分用于驱动压气机和发电机，另一部分经减速器传递，用以驱动螺旋桨以产生推力。与涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机不同，涡桨发动机输出的大部分功用于驱动螺旋桨，而排出气流所提供的推力仅占总推力的一小部分[3]。

技术

渦槳發動機工作示意图

涡桨发动机通过牺牲排气喷流所提供的推力来获取轴输出功，具体方式是在燃气膨胀过程中提取超出维持压气机功率的额外功率。由于在涡轮系统中发生了额外的气体膨胀，排气喷流中所剩余的动能会明显降低[4][5][6]。因此，排气喷流产生的推力通常仅约占发动机总推力的10%[7]。 在低空速的条件下，螺旋桨提供的推力占比较高；而随着空速的增加，螺旋桨推力在总推力中的占比逐渐降低[8]。涡桨发动机具有极高的涵道比，可达50–100[9][10]。但与涡轮风扇发动机相比，其涵道结构不如后者集中[11][12]。

普惠PT6是一款常見的渦槳發動機

螺旋桨通过减速器与涡轮相连，减速器将涡轮输出的高转速、低扭矩转换为适合螺旋桨工作的低转速、高扭矩[13]。根据动力传递结构的不同，涡桨发动机主要分为自由式涡轮和固定轴式两种基本构型。

在自由式涡轮发动机（如普惠PT6）中，驱动螺旋桨的动力涡轮与燃气发生器之间无刚性连接，可独立旋转；这种构型在螺旋桨受损时可保护燃气发生器，且有利于维修和地面启动[14]。相比之下，固定轴式发动机（如霍尼韦尔TPE331）的减速器、涡轮与燃气发生器共轴连接，结构更为紧凑[15]。

涡桨发动机通常采用类似于大型飞机活塞发动机的恒速螺旋桨，但其对控制系统的要求更高[3]。这是因为涡轮发动机对动力输入的反应较慢，所以螺旋桨需具有更大桨距调节范围，以实现推力的快速变化[16]。

螺旋桨通常具有两种模式：α模式用于飞行操作，β模式则用于地面操作。其还配备有多个螺旋桨调速器：主调速器、超速调速器和燃油限制调速器。调速器通常还会集成β模式的控制装置，以协调桨距变化与发动机输出[16]。

相比涡轮风扇发动机的小直径风扇，涡桨发动机的螺旋桨直径大，在低空速下能以较小速度加速大量空气，从而提高效率和降低油耗[17][18]。但当桨叶尖端气流接近音速时，其效率会急剧下降，因此涡桨发动机通常用于空速不超过0.6–0.7马赫的飞机[4][5][6]。

历史

涡轮螺旋桨发动机的发展源于20世纪20年代对高效压气机与燃气轮机的研究。1926年，艾伦·阿诺德·格里菲斯发表了关于轴流压气机设计的奠基性论文；随后，英国皇家航空研究院开展了基于轴流压气机驱动螺旋桨的相关研究。与此同时，弗兰克·惠特尔则致力于以离心式压气机为基础、主要依靠喷气的发动机方案[19]。

世界上最早的涡轮螺旋桨发动机由匈牙利工程师詹德拉西克·吉乔治设计并制造[20]。其在1930年代完成了多次实验性验证，但受限于当时的材料与燃烧技术，发动机未能进入实用阶段，且因战争原因于1941年终止[21][22]。

应用

C-130运输机是一种涡桨运输机

与涡轮风扇发动机相比，涡桨发动机在飞行速度低于约0.8马赫时效率较高，因为此时螺旋桨和排气喷流的速度相对较低[9]。现代涡轮螺旋桨客机的巡航速度与小型支线喷气客机接近，但每乘客平均燃油消耗量仅为后者的约三分之二[23]。

与活塞发动机相比，涡桨发动机具有更高的功率重量比和更强的可靠性，使其在短跑道起降和偏远地区飞行中具有明显优势，比如搭载涡桨发动机的飞机常用于丛林地区[24]。但其初始成本、维护费用和燃油消耗都相对较高。

比奇空中国王和超级空中国王是著名的涡桨公务机

涡桨发动机主要用于小型亚音速飞机，但也有少数用于高速和大型飞机，比如图波列夫Tu-114、图波列夫Tu-95、洛克希德L-188伊莱克特拉以及空中客车A400M运输机。

截至2017年，应用最广泛的涡轮螺旋桨客机包括：ATR 42/72、庞巴迪Dash 8 Q400、庞巴迪Dash 8 100/200/300系列、比奇1900、DHC-6双水獭以及萨博340[25]。公务机领域的代表机型有派珀PA-46 子午线、索卡达TBM、皮拉图斯PC-12、前进商务飞机 P.180 Avanti和比奇空中国王，全球共计约14311架[26]。

可靠性

涡轮螺旋桨飞机具有较高的可靠性。以澳洲运输安全局2012–2016年的统计为例：统计的总飞行时长超过了140万小时，其中观察到年均约发生83起事件，其中仅少数涉及发动机故障或计划外着陆，并造成轻微伤害[27]。


现役发动机

以下是现役涡桨发动机表格[28]：

制造商 国家 发动机型号 干重（千克） 起飞功率（千瓦） 主要应用机型
欧桨国际 多国联合 TP400-D6 1800 8203 空中客车A400M
通用电气 美国 CT7-5A 365 1294
通用电气 美国 CT7-9 365 1447 CASA/IPTN CN-235、Let L-610、萨博340、苏霍伊Su-80
通用电气 美国 / 捷克 H80系列[29] 200 550–625 Thrush Model 510、Let 410NG、Let L-410 Turbolet UVP-E、领航150、Nextant G90XT
通用电气 美国 T64-P4D 538 2535 G.222、德哈维兰加拿大DHC-5水牛、川崎P-2J
霍尼韦尔 美国 TPE331系列 150–275 478–1650 Aero/Rockwell Turbo Commander 680/690/840/960/1000、安东诺夫An-38、艾尔斯Thrush、捷流31/32、捷流41、CASA C-212 飛天車、塞斯纳441 Conquest II、多尼尔228、MQ-9收割者、格鲁曼Ag Cat、三菱MU-2、北美罗克韦尔OV-10野马、派珀PA-42夏安、RUAG 228NG，肖特SC-7空中货车、肖特巨嘴鸟、史威灵默林、费尔柴尔德梅特罗，HTT-40
霍尼韦尔 美国 LTP 101-700 147 522 空中拖拉机 AT-302、比亚乔P.166
阿维亚科尔（俄語：ОАО Авиако́р） 俄罗斯 NK-12MV 1900 11033 安东诺夫An-22、图波列夫Tu-95、图波列夫Tu-114
进步设计局 乌克兰 TV3-117VMA-SB2 560 1864 安东诺夫An-140
克里莫夫 俄罗斯 TV7-117S 530 2100 伊尔-112、伊尔-114
伊夫琴科-进步设计局 乌克兰 AI20M 1040 2940 安东诺夫An-12、安东诺夫An-32、伊尔-18
伊夫琴科-进步设计局 乌克兰 AI24T 600 1880 安东诺夫An-24、安东诺夫An-26、安东诺夫An-30
LHTEC 美国 LHTEC T800 517 2013 艾尔斯 LM200 Loadmaster（未投产）
鄂木斯克发动机制造设计局 俄罗斯 TVD-20 240 1081 安东诺夫An-3、安东诺夫An-38
普惠 加拿大 PT-6系列 149–260 430–1500 空中拖拉机AT-502，空中拖拉机AT-602、空中拖拉机AT-802、比奇99、比奇空中国王、比奇超级空中国王、比奇1900、T-6德州人II、塞斯纳208、塞斯纳425、德哈维兰加拿大DHC-6、运-12、巴西航空工业EMB 110、Let L-410、P.180 Avanti、皮拉图斯PC-6、皮拉图斯PC-12、派珀PA-42、派珀PA-46-500TP马利布·子午线、肖特360、索卡达TBM700、索卡达TBM850、索卡达TBM900、A-29超级巨嘴鸟
普惠 加拿大 PW120 418 1491 ATR 42-300/320
普惠 加拿大 PW121 425 1603 ATR 42-300/320、庞巴迪Dash 8 Q100
普惠 加拿大 PW123 C/D 450 1603 庞巴迪Dash 8 Q300
普惠 加拿大 PW126 C/D 450 1950 BAe ATP
普惠 加拿大 PW127 481 2051 ATR 72
普惠 加拿大 PW150A 717 3781 庞巴迪Dash 8 Q400
波兰国家航空工厂（PZL） 波兰 TWD-10B 230 754 PZL M28
雷宾斯克 俄罗斯 TVD-1500S 240 1044 苏霍伊Su-80
雷宾斯克 俄罗斯 TVD-1500V 220 1156
罗尔斯·罗伊斯 英国 达特 Mk 536 569 1700 HS 748、福克F27、维克斯子爵
罗尔斯·罗伊斯 英国 泰恩 21 1085 4500 G.222，布雷盖1150大西洋，C-160
罗尔斯·罗伊斯 英国 250-B17 88.4 313 富士T-7、Britten-Norman涡轮 Islander、O&N 塞斯纳210、Soloy 塞斯纳206、Propjet 比奇富豪
罗尔斯·罗伊斯 英国 AllisonT56 828–880 3424–3910 P-3猎户座、E-2鹰眼、C-2灰狗、C-130大力神
罗尔斯·罗伊斯 英国 AE2100A 715.8 3095 萨博2000
罗尔斯·罗伊斯 英国 AE2100J 710 3424 新明和US-2
罗尔斯·罗伊斯 英国 AE2100D2、D3 702 3424 C-27J斯巴达人、洛克希德·马丁C-130J超级大力神
土星科研生产联合体 俄罗斯 TAL-34-1 178 809
透博梅卡（赛峰直升机发动机公司） 法国 阿赫尤 1D 111 313 TB 31 Omega
透博梅卡（赛峰直升机发动机公司） 法国 阿赫尤 2F 103 376
瓦尔特 捷克 M601系列[30] 200 560 Let L-410、Comp Air 10 XL、Comp Air 7、艾尔斯Thrush、多尼尔Do 28、Lancair Propjet、Let Z-37T、Let L-420、米亚西舍夫M-101T、PAC FU-24 Fletcher、Progress Rysachok、PZL-106渡鸦、PZL-130小鹰、SM-92T Turbo Finist
瓦尔特 捷克 M602A 570 1360 Let L-610
瓦尔特 捷克 M602B 480 1500

参见

参考文献

  1. ^ 雙語詞彙、學術名詞暨辭書資訊網. 國家教育研究院.. [2013-06-17]. （原始内容存档于2019-06-09）. 
  2. ^ Aviation Glossary - Turboprop. dictionary.dauntless-soft.com. [2026-02-04]. （原始内容存档于2020-02-29）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Rathore, Mahesh. Thermal Engineering. Tata McGraw-Hill Education. : 968. 
  4. ^ 4.0 4.1 Turboprop Engine. www.grc.nasa.gov. [2026-02-04]. （原始内容存档于2026-01-28）. 
  5. ^ 5.0 5.1 Turboprop Thrust. www.grc.nasa.gov. [2026-02-04]. （原始内容存档于2025-09-16）. 
  6. ^ 6.0 6.1 Variations of Jet Engines. lyle.smu.edu. [2026-02-04]. （原始内容存档于2017-07-06）. 
  7. ^ Wayback Machine (PDF). www.srmuniv.ac.in: 7. [2026-02-04]. （原始内容 (PDF)存档于2015-04-18）. 
  8. ^ Russell, J. Performance and Stability of Aircraft. Butterworth-Heinemann. 1996-08-02: 16. ISBN 978-0-08-053864-8 （英语）. 
  9. ^ 9.0 9.1 Kroo, Ilan. Propulsion Systems: Basic Concepts. adg.stanford.edu. [2026-02-04]. （原始内容存档于2015-04-18）. 
  10. ^ Prof. Z. S. Spakovszky （页面存档备份，存于互联网档案馆）. "11.5 Trends in thermal and propulsive efficiency （页面存档备份，存于互联网档案馆）" MIT turbines, 2002. Thermodynamics and Propulsion （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  11. ^ Propeller Thrust. www.grc.nasa.gov. [2026-02-04]. （原始内容存档于2026-01-29）. 
  12. ^ Walsh, Philip P.; Fletcher, Paul. Gas Turbine Performance. John Wiley & Sons. 2008-04-15. ISBN 978-1-4051-5103-0 （英语）. 
  13. ^ WITTENSTEIN Taiwan. www.wittenstein.tw. [2026-02-04]. （原始内容存档于2025-12-16）. 
  14. ^ Gunston, Bill. The Development of Jet and Turbine Aero Engines 4th. Patrick Stephens Limited. 2006: 43–44 [1995]. ISBN 978-1-85260-618-3. 
  15. ^ Wayback Machine (PDF). www51.honeywell.com. [2026-02-04]. （原始内容 (PDF)存档于2012-07-19）. 
  16. ^ 16.0 16.1 A&P Powerplant Textbook 3rd. Jeppeson Company. 2011. ISBN 978-0884873389. 
  17. ^ Dr Bensen Explains all. www.gyrocopters.co.uk. [2026-02-04]. （原始内容存档于2001-04-20）. 
  18. ^ Stepniewski, Wieslaw Zenon; Keys, C. N. Rotary-wing Aerodynamics. Courier Corporation. 1984-01-01. ISBN 978-0-486-64647-3 （英语）. 
  19. ^ Gunston, Bill. The development of jet and turbine aero engines. Internet Archive. Sparkford, Somerset : Patrick Stephens ; Newbury Park, Calif. : Haynes North America. 2002: 120. ISBN 978-1-85260-609-1. 
  20. ^ Gunston, Bill. World Encyclopedia of Aero Engines: From the Pioneers to the Present Day. Sutton. 2006: 111. ISBN 978-0-7509-4479-3 （英语）. 
  21. ^ SZTNH - Magyar feltalálók és találmányok - JENDRASSIK GYÖRGY (1898 - 1954). www.sztnh.gov.hu. [2026-02-05]. （原始内容存档于2014-12-20）. 
  22. ^ The Jendrassik CS-1: The World's First Turboprop Engine. www.tailsthroughtime.com. [2026-02-05]. （原始内容存档于2019-03-30） （英语）. 
  23. ^ More turboprops coming to the market - maybe. CAPA - Centre for Aviation. [2026-02-04]. （原始内容存档于2025-12-09） （英语）. 
  24. ^ Turboprop: engine, aircrafts and market trends | ATR aircraft. ATR. [2026-02-04]. （原始内容存档于2025-12-10） （美国英语）. 
  25. ^ Thisdell, Dan. ANALYSIS: 787 stars in annual airliner census. Flight Global. [2026-02-04]. （原始内容存档于2025-10-14） （英语）. 
  26. ^ Wayback Machine (PDF). www.amstatcorp.com. [2026-02-04]. （原始内容 (PDF)存档于2021-06-25）. 
  27. ^ ATSB Study Finds Turboprop Engines Safe, Reliable | AIN. Aviation International News. [2026-02-04]. （原始内容存档于2020-05-31） （英语）. 
  28. ^ 简氏世界飞机年鉴 2006-2007. Internet Archive. Coulsden : Jane's Information Group. 2006. ISBN 978-0-7106-2745-2. 
  29. ^ Airscrews For Turbines, Fairhurst, Flight magazine, 10 November 1949, p.609
  30. ^ History | GE Aviation. www.geaviation.cz. [2016-06-01]. （原始内容存档于29 October 2017）. 

外部链接

維基教科書中的相關電子教程：涡轮螺旋桨发动机
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