渦軸發(fā)動機在工作和結(jié)構(gòu)上與渦輪螺旋槳發(fā)動機相似。都是從渦扇發(fā)動機的原理演變而來，只是后者把風扇變成了螺旋槳，而前者把風扇變成了直升機旋翼。此外，渦軸發(fā)動機也有自己的特點：它通常配備有一個自由渦輪（即設(shè)計用于輸出功率而不驅(qū)動壓縮機的渦輪機），主要用于直升機和垂直/短距起落飛機上。

渦輪軸發(fā)動機類似于渦輪螺旋槳發(fā)動機，曾被歸為同一類。它們都是由渦輪噴氣發(fā)動機演變而來的渦槳發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳，而渦軸發(fā)動機驅(qū)動直升機的旋翼軸，以獲得升力和氣動控制力。當然，渦軸發(fā)動機也有自己的特點：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動機一般沒有自由渦輪。

渦輪軸發(fā)動機結(jié)構(gòu)

渦軸發(fā)動機具有渦噴發(fā)動機的大部分特征，也有進氣道、壓氣機、燃燒室和噴嘴等基本部件。其獨特的自由渦輪位于燃燒室后面，高能氣體通過傳動軸對自由渦輪做功、減速器帶動直升機的旋翼旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)起飛和飛行。與其他渦輪機不同，自由渦輪機不驅(qū)動壓縮機，但它專用于輸出功率，類似于蒸汽渦輪機。做功后排出的氣體通過尾噴管噴出，能量不大，產(chǎn)生的推力很小，只占總推力的十分之一左右。因此，為了滿足直升機機身結(jié)構(gòu)的需要，渦軸發(fā)動機的噴管可以靈活布置，可以向上向下或側(cè)向布置，但不一定向后。盡管驅(qū)動壓氣機的燃氣發(fā)生器渦輪和自由渦輪在渦輪軸發(fā)動機中沒有機械連接，但它們在氣動上是密切相關(guān)的。對于這兩種渦輪，燃氣熱能的分配需要隨著飛行條件的變化進行適當?shù)恼{(diào)整，以獲得發(fā)動機性能和直升機旋翼性能的最佳組合。

按照渦扇發(fā)動機的理論，渦軸發(fā)動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)子直徑越大越好。因為同樣的核心發(fā)動機，旋翼直徑越大，旋翼上產(chǎn)生的升力越大。但是能量轉(zhuǎn)換過程總是有損耗的，轉(zhuǎn)子可以 因為材質(zhì)的原因不能太大，所以轉(zhuǎn)子的直徑是有限的。在目前的水平下，旋翼驅(qū)動的氣流一般是渦軸發(fā)動機的500到1000倍。

直升機唐 t飛得沒有固定翼飛機快，最大水平飛行速度通常是350公里/小時或更少，因此渦軸發(fā)動機的進氣道設(shè)計也更加靈活。通常來說，入流通道設(shè)計成收斂的形狀，當氣流收斂時帶動氣流加速，使流場更加均勻。進氣唇口為流線型，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機穩(wěn)定運行。另外，由于直升機緊貼地面飛行，一般需要去除進氣中的雜質(zhì)，通常還有顆粒分離器。顆粒分離器可以與空氣入口一體設(shè)計。分離器被設(shè)計成某種螺旋形狀利用慣性力場，進氣中的沙粒由于質(zhì)量大，在轉(zhuǎn)彎處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流，通過分流器排出進氣道。

雖然渦軸發(fā)動機的排氣能量不高，但仍然是敵方紅外探測設(shè)備相當客觀的目標。發(fā)動機排氣是直升機的主要熱輻射源之一。戰(zhàn)斗直升機必須降低自身熱輻射強度，采用紅外壓制技術(shù)。一方面要盡量降低發(fā)動機外露熱部件的表面溫度，更重要的是將外界的冷空氣引入并混合到高溫的室外空氣熱流中，從而降低溫度，稀釋二氧化氯的濃度，降低紅外特性。先進的紅外抑制技術(shù)通常會把排氣裝置、冷卻風道和發(fā)動機的安裝位置已完成、有效的系統(tǒng)設(shè)計和制造。

壓縮機有軸流式和離心式兩種。軸流式壓縮機，小面積、流量大；離心式結(jié)構(gòu)簡單、工作較穩(wěn)定。渦軸發(fā)動機從純軸流起步，發(fā)展到單級離心、從雙級離心壓縮機到軸流壓縮機和離心壓縮機的組合式壓縮機經(jīng)歷了許多變化。目前渦軸發(fā)動機一般采用由幾級軸流和一級離心組成的組合壓氣機，兼有兩者的優(yōu)點。國產(chǎn)渦軸-6、渦軸-發(fā)動機是由一級軸流和一級離心組成的組合式壓氣機；黑鷹”直升機上的T700發(fā)動機采用5級軸流和1級離心壓氣機。壓縮機部件主要包括進氣導流板、壓氣機轉(zhuǎn)子、壓縮機定子和防喘振裝置等。壓縮機轉(zhuǎn)子是一個高速旋轉(zhuǎn)的組件軸流式轉(zhuǎn)子的葉片圍繞工作葉輪呈葉柵狀排列，而離心式轉(zhuǎn)子 的葉片呈放射狀鑄造在葉輪外部。壓縮機定子由壓縮機外殼和靜葉片組成。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣被轉(zhuǎn)子葉片迫使向后流動，這不僅加速了空氣，而且壓縮了空氣轉(zhuǎn)子葉片后面的氣壓大于前面的氣壓。離開轉(zhuǎn)子葉片后，氣流進入起擴散器作用的定子葉片。在定子葉片的通道中，空氣速度降低、當壓力上升時，它被進一步壓縮。一個轉(zhuǎn)子加上一個定子稱為第一級。為了測量通過壓縮機的空氣壓縮程度，通常使用壓縮后的壓力與壓縮前的壓力之比，即壓力增加比。

在結(jié)構(gòu)上，渦輪軸發(fā)動機也有進氣口、壓氣機、燃燒室排氣噴嘴和其它氣體發(fā)生器基本上已建成，但一般都裝有自由渦輪如圖，前面是兩級普通渦輪，驅(qū)動壓氣機，保持發(fā)動機工作，后面第二級是自由渦輪，氣體在其中做功，專門用來通過傳動軸帶動直升機的旋翼旋轉(zhuǎn)，使其飛行。另外，渦輪流出的氣體通過尾噴管噴出時，可以產(chǎn)生一定的推力由于噴射速度低，這個推力很小，如果換算成功率，大約只有總功率的十分之一。有時噴射速度太小，甚至產(chǎn)生不了推力。為了合理安排直升機的結(jié)構(gòu)，渦軸發(fā)動機的噴管可以向上向下或側(cè)向，不像渦噴發(fā)動機必須向后。這有利于直升機設(shè)計的總體安排。

渦軸發(fā)動機用于直升機，它與旋翼共同構(gòu)成直升機的動力裝置。按照渦扇發(fā)動機的理論，理論上來說，轉(zhuǎn)子的直徑越大越好。同樣的核心發(fā)動機產(chǎn)生同樣的循環(huán)功率，旋翼直徑越大，旋翼上產(chǎn)生的升力越大。實際上，由于能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗，轉(zhuǎn)子不可能做成無限大，所以轉(zhuǎn)子的直徑是有限的。——，通過轉(zhuǎn)子的空氣流量是通過渦輪軸發(fā)動機的空氣流量的500-1000倍。

在帶壓氣機的渦輪發(fā)動機類型中，渦軸發(fā)動機出現(xiàn)較晚，但它已用于直升機和垂直/短距起落飛機已被廣泛使用。

渦輪軸發(fā)動機于1951年12月安裝在直升機上，進行了首次飛行。當時是渦槳發(fā)動機，沒有自己的系統(tǒng)。以后，隨著直升機在軍事和國民經(jīng)濟中的應(yīng)用越來越多，渦軸發(fā)動機獲得了獨立的地位。

1.發(fā)動機功率

作為渦軸發(fā)動機，內(nèi)部減速器通常被視為其一部分，所以發(fā)動機功率是指通過內(nèi)部減速器輸出的功率。對于一些大型渦軸發(fā)動機，作為一個部件，發(fā)動機不包括內(nèi)部減速器。所指的功率是渦輪軸的輸出功率。作為性能指標，一般指最大起飛功率。像渦輪噴氣發(fā)動機的推力一樣，動力可以 不能反映發(fā)動機的質(zhì)量。但必須注意的是，只要在用的現(xiàn)有發(fā)動機還有改裝價值，提高最大起飛功率往往是某型號改進和改裝的一個方面。這樣就可以在不花費太多財力物力的情況下，提高飛機的性能，拓展應(yīng)用領(lǐng)域或者提高飛機的性能。

2.功率重量比

對于大型渦軸發(fā)動機，如果功率是7000kw，這個指標可以達到7kw/Kg以上，而且小，比如功率200kw，只有3kw/kg左右。但必須指出的是，前者沒有內(nèi)變徑管，而后者包括內(nèi)變徑管。所以在評價這個性能指標的時候，這一點一定要注意。一般來說，大的和小的不應(yīng)該放在一起比較來評價其質(zhì)量。

3.單位燃油消耗率

在最大起飛功率下，大型渦軸發(fā)動機可以達到0.270kg/kw*h左右，小的大概0.400kg/kw*h左右