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起源 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī),，簡(jiǎn)稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，其研究工作最早可追溯到二戰(zhàn)之前,。早在1930年,，英國(guó)皇家空軍技術(shù)軍官弗朗克?惠特爾爵士就率先提出了渦輪噴氣式（渦噴）推進(jìn)的概念，從而被公認(rèn)為現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之父,?；萏貭柕膰姎馐桨l(fā)動(dòng)機(jī)理念先進(jìn)，但是推進(jìn)效率非常低下,，名不見(jiàn)經(jīng)傳的匈牙利工程師雅各?簡(jiǎn)德拉斯克在惠特爾的研究基礎(chǔ)之上,，提出了一個(gè)新的發(fā)動(dòng)機(jī)概念――渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，他的思路是：若噴氣式飛機(jī)的飛行速度一定,，要提高飛機(jī)的推進(jìn)效率,，就是要降低噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度和飛行速度的差值，如能在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上裝一副由渦輪驅(qū)動(dòng)的螺旋槳就可以有效降低噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度,，從而大幅提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率――這就是今天渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的最初雛形,。 簡(jiǎn)德拉斯克根據(jù)自己的研究成果,，于1937年設(shè)計(jì)了世界上第一種渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)CS-1，并用自己的名字給新發(fā)動(dòng)機(jī)命名,，據(jù)推算CS-1功率達(dá)到400馬力,。1940年，簡(jiǎn)德拉斯克的CS-1渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了地面試車,，并計(jì)劃裝在匈牙利國(guó)產(chǎn)Varga RMI-1 X/H型雙引擎?zhèn)刹?轟炸機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn),。 但隨著二戰(zhàn)的爆發(fā)，匈牙利被綁上納粹德國(guó)的戰(zhàn)車,，CS-1渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展不得不被取消,。 萌芽 二戰(zhàn)中，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)得到了迅猛的發(fā)展,，在1945年二戰(zhàn)結(jié)束前夕,，德國(guó)已經(jīng)有13種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了飛行，其中發(fā)展最為成熟,、走得最遠(yuǎn)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)――也被公認(rèn)為是現(xiàn)代噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)鼻祖――就是容克斯公司的Jumo-004發(fā)動(dòng)機(jī),，Jumo-004是世界上最早投入使用的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，也是最早使用的軸流式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),，世界上第一種投入實(shí)戰(zhàn)的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Me 262所使用的就是這發(fā)動(dòng)機(jī),，在整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)期間德國(guó)一共生產(chǎn)了6 000余臺(tái)，還用來(lái)裝備Ar 234轟炸機(jī),、Go 229飛翼機(jī),、Ta 183戰(zhàn)斗機(jī)等。 二戰(zhàn)結(jié)束后,，美國(guó)和蘇聯(lián)戰(zhàn)后第一代戰(zhàn)斗機(jī)所使用的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)都是以Jumo-004為藍(lán)本進(jìn)行的設(shè)計(jì),。Jumo-004發(fā)動(dòng)機(jī)是革命性的，但是缺點(diǎn)也十分突出,，使用壽命短（Jumo-004B-1為20小時(shí) ）,，推進(jìn)效率低，油耗大,，影響飛機(jī)航程,。Me 262的最大航程只有區(qū)區(qū)1 000千米，作戰(zhàn)半徑400千米左右,，嚴(yán)重限制了作戰(zhàn)效能的發(fā)揮,。為了克服這些問(wèn)題，德國(guó)工程師開(kāi)始在Jumo-004的基礎(chǔ)上研究渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)方案,，最主要的改進(jìn)措施是將其1級(jí)渦輪變成2級(jí)渦輪,，并降低渦輪的轉(zhuǎn)速（從8 700轉(zhuǎn)/分降低到5 000轉(zhuǎn)/分），并通過(guò)減速齒輪使得兩個(gè)渦輪的轉(zhuǎn)速不同，并驅(qū)動(dòng)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,，轉(zhuǎn)速較快的渦輪用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī),，而轉(zhuǎn)速較慢的渦輪通過(guò)減速齒輪減速后用于驅(qū)動(dòng)兩副對(duì)轉(zhuǎn)的螺旋槳，這樣不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體推進(jìn)效率,，還通過(guò)降低轉(zhuǎn)速減小了渦輪的磨損,，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命；其他改進(jìn)措施還包括將壓氣機(jī)級(jí)數(shù)從8級(jí)提升到11級(jí),，來(lái)提升壓氣機(jī)的空氣壓縮效率,；將燃燒室數(shù)量從6個(gè)增加到8個(gè)來(lái)提升燃料的燃燒效率等。通過(guò)以上改進(jìn),，德國(guó)空軍的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)Jumo-022誕生了,。 Jumo-022是德國(guó)空軍夢(mèng)寐以求的革命性發(fā)動(dòng)機(jī)，功率達(dá)到5 000馬力,。但隨著德國(guó)的戰(zhàn)敗,，蘇聯(lián)全盤(pán)接受了Jumo-022的技術(shù)資料和研制人員。蘇聯(lián)庫(kù)茲涅佐夫設(shè)計(jì)局將其放大,，研制出了15 000馬力的NK-12巨型渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，并成功應(yīng)用于圖-95“熊”式戰(zhàn)略轟炸機(jī),。 而位于烏克蘭的伊伏琴柯設(shè)計(jì)局（Ivchenko）則繼續(xù)改進(jìn)Jumo-022,，研制出了安-12運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)8）上用的Al20（渦槳6）發(fā)動(dòng)機(jī)，而該發(fā)動(dòng)機(jī)的縮小版就是安-24（運(yùn)7）上用的Al24（渦槳5）,。 德國(guó)空軍的另一個(gè)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)研究項(xiàng)目是戴姆勒?奔馳公司的DB.021項(xiàng)目,。DB.021渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)源于亨克爾公司的HeS-011渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，即利用HeS-011的渦輪驅(qū)動(dòng)一副6葉螺旋槳,，來(lái)提高推進(jìn)效率,。DB.021可大幅提升德國(guó)空軍噴氣式作戰(zhàn)飛行的性能。一旦DB.021研制成功,，Me 262在飛行速度不大幅下降的前提下,，航程可提升2倍以上，作戰(zhàn)半徑提升到接近1 000千米,。在DB.021投產(chǎn)前,，德國(guó)工程師就計(jì)劃在Me 262的基礎(chǔ)上發(fā)展多種先進(jìn)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)作戰(zhàn)飛機(jī)，包括先進(jìn)的高空戰(zhàn)斗機(jī),、截?fù)魴C(jī),、海上巡邏機(jī)、中程轟炸機(jī),、對(duì)地攻擊機(jī),、多用途偵察機(jī)等，Me 262的作戰(zhàn)效能將大幅提升，但這些圖紙飛機(jī)都隨著納粹德國(guó)的快速崩潰而灰飛煙滅,。 成長(zhǎng) 渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)在民用飛機(jī)上的成功應(yīng)用最終興起于戰(zhàn)后的英國(guó),。1942年，英國(guó)開(kāi)始研制本國(guó)第一臺(tái)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)羅爾斯?羅伊斯 RB.50 遄達(dá)（Trent）,。RB.50 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在“德溫特”（Derwent）離心式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（ 格洛斯特“流星”戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力）轉(zhuǎn)軸前端裝上由渦輪和減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)的5葉螺旋槳（直接取自“超級(jí)海噴火”戰(zhàn)斗機(jī)）,，堪稱噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合的怪胎。該發(fā)動(dòng)機(jī)于1944年6月首次運(yùn)轉(zhuǎn),，經(jīng)過(guò)633小時(shí)試車后于1945年9月20日安裝在格羅斯特“流星”戰(zhàn)斗機(jī)上進(jìn)行了試飛,，并做了298小時(shí)飛行試驗(yàn)，最終研制成功,。 RB.50是世界上第一種投入實(shí)用的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī),，在其基礎(chǔ)上發(fā)展的RB.53更是在商業(yè)上大獲成功，而以RB.53為動(dòng)力的維克斯公司“子爵”飛機(jī)成為了世界上第一架渦槳?jiǎng)恿蜋C(jī),。RB.53渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)天生就有眾多優(yōu)點(diǎn),，功率大，功重比高,。另外由于減少了運(yùn)動(dòng)部件,，尤其是沒(méi)有做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好,，噪音小,，工作壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)用也較低,。而且,，由于核心部分采用燃?xì)獍l(fā)生器，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的適用高度和速度范圍都要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)高很多,。因此“子爵”飛機(jī)和同期的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)客機(jī)（例如美國(guó)道格拉斯公司DC6,、DC7以及波音公司波音377）相比，優(yōu)勢(shì)明顯,，飛行速度更快,，可達(dá)每小時(shí)576千米?！白泳簟憋w機(jī)可飛得更高,，使巡航高度處在平流層，從而旅客乘座更舒適,。這兩大優(yōu)勢(shì)使“子爵”號(hào)投入使用后很受歡迎,，就連中國(guó)也于1963年購(gòu)買了6架。 興起 美國(guó)在1956年也裝備了自己的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)T56/501,，裝于C-130運(yùn)輸機(jī),、P-3C偵察機(jī)和E-2C預(yù)警機(jī),，大獲成功。該系列渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)已生產(chǎn)了17 000多臺(tái),，出口到50多個(gè)國(guó)家和地區(qū),，使用至今。 上世紀(jì)60年代,，終因吸收功率,、尺寸和飛行速度方面的限制，在大型飛機(jī)上渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)逐步被渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代,，但在中小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)上仍有一席之地,。其中加拿大普?惠公司的PT6A發(fā)動(dòng)機(jī)是典型代表，40年來(lái),，這個(gè)功率范圍為350～1 100千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)系列已發(fā)展出30多個(gè)改型,，用于144個(gè)國(guó)家的近百種飛機(jī)，共生產(chǎn)了30 000多臺(tái),。 在20世紀(jì)70～80年代,，由于爆發(fā)了兩次石油危機(jī)，使得布蘭特原油價(jià)格從1969年的11美元/桶暴漲到1981年的53美元/桶,，這使得對(duì)能源價(jià)格極度敏感的航空公司的運(yùn)營(yíng)成本居高不下,，而經(jīng)濟(jì)省油的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)再次得到航空業(yè)界的青睞，并掀起了一陣性能上介于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之間的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)熱,。一些著名的發(fā)動(dòng)機(jī)公司都在不同程度上進(jìn)行了預(yù)計(jì)和試驗(yàn),，其中通用電氣公司的無(wú)涵道風(fēng)扇（UDF）GE36曾進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。 未來(lái) 而在能源價(jià)格高企的今天,，渦槳飛機(jī)在支線飛機(jī)市場(chǎng)上仍然有自己的一席之地,。近年來(lái),，歐洲ATR公司和加拿大龐巴迪公司生產(chǎn)的ATR系列和Q系列渦槳?jiǎng)恿χЬ€客機(jī)的市場(chǎng)份額正在逐步上升,，并有侵蝕噴氣支線客機(jī)市場(chǎng)份額之勢(shì)。其原因就是渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的單位重量推力油耗（TSFC）是所有種類發(fā)動(dòng)機(jī)中是最小的,，經(jīng)濟(jì)性是最好的,。 而正在開(kāi)發(fā)中的開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)（槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)髦稱呼）的應(yīng)用前景也不容小視。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的TSFC介于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間,。例如由英國(guó)羅?羅公司正在研究的兩轉(zhuǎn)子/三轉(zhuǎn)子開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率不僅比現(xiàn)有150座單通道客機(jī)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（CFM56系列）提高30%之多,，而且和下一代150座單通道客機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（CFM公司的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)和普?惠公司的GTF齒扇發(fā)動(dòng)機(jī)）相比，其燃油效率仍然要高10%左右,。因此,，開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是未來(lái)商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。 責(zé)任編輯：吳佩新 |
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