谁有涡轮轴发动机的性能参数热力计算方面的资料啊急需。明天讲课了。。

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-04-17 07:34 标签： 发动机的性能参数

原标题：涡轮轴发动机的性能参數的性能参数、工作特点和应用发展|陈光谈航发42

涡轮轴发动机的性能参数的性能参数简介

涡轮轴发动机的性能参数可用功率取自动力输出軸因而称之为轴功率。

b）轴功率质量比（功重比）

轴功率与涡轮轴发动机的性能参数质量（或重量）之比

每秒流过涡轮轴发动机的性能参数1公斤空气在功率输出轴上所产生的轴功率，即涡轮轴发动机的性能参数轴功率与空气流量之比

涡轮轴发动机的性能参数轴功率与朂大截面面积之比。

涡轮轴发动机的性能参数每小时消耗的燃油量与涡轮轴发动机的性能参数轴功率之比又称耗油率。

7.3.2 涡轮轴发动机的性能参数工作特点

涡轮轴发动机的性能参数大多采用控制单一的燃气发生器燃油流量参数来控制其工作状态----动力涡轮转速

判断涡轮轴发動机的性能参数的性能是否先进，要比较在一定的轴功率下单位功率和功重比越大，耗油率越小其性能越好；反之则差。而单位迎面軸功率越大则涡轮轴发动机的性能参数装于直升机的配置性越好。

涡轮轴发动机的性能参数的应用及发展

图7-12、世界上装载重量最大的直升机米-26正在吊运大型设备

上世纪40年代到50年代中期直升机一直采用活塞式发动机的性能参数作为动力，由于这种发动机的性能参数性能低操作和控制复杂等缺点直接影响到直升机的发展。

1955年法国透博梅卡公司研制出第一台“阿都斯特”Ⅰ型涡轮轴发动机的性能参数装上“雲雀”Ⅱ直升机后显示了涡轮轴发动机的性能参数优越的性能和安全性，很快在功率在260kW以上的直升机上涡轮轴发动机的性能参数得到广泛采用而基本上取代了活塞式发动机的性能参数

“云雀”Ⅰ型采用的是功率为149kW的活塞式发动机的性能参数。“云雀”Ⅱ型是世界上最初采用涡轮轴发动机的性能参数的直升机它所用的发动机的性能参数为功率269kW的阿都斯特Ⅰ型涡轮轴发动机的性能参数，而图7-4所示的“云雀”Ⅲ型轻型直升机则是换装了功率更大的阿都斯特ⅢB发动机的性能参数（功率为629kW）该直升机首飞于1959年2月，定型于1960年6月

目前世界上功率朂大涡轮轴发动机的性能参数是前苏联的D-136，其输出功率为7457kW用在米-26直升机（二台）上。

米-26直升机最大运载量达20吨最大起飞重量达56吨，是卋界上运载量最大的直升机图7-12是米-26直升机吊运大型物资的照片。

现在世界上军用直升机总数达3万架左右民用直升机超过12000架。直升机起飛重量从1吨到近100吨其中起飞重量10吨以下的直升机占总数的75%以上。

而供直升机使用的涡轮轴发动机的性能参数多达几十种其功率大多在200芉瓦到6000千瓦。由于直升机以轻型、中型为主涡轮轴发动机的性能参数的功率在1500千瓦以下的居多。

图7-13、国产直8直升机机身上方装3台涡轴6發动机的性能参数，前端并列二台后端—台

7.4.1.1 中国的涡轮轴发动机的性能参数

a）涡轴6（WZ-6）发动机的性能参数

涡轴6发动机的性能参数是为配裝大型三发的直8水陆两用直升机而研制的。单发功率1130kW重300公斤。该发动机的性能参数1988年投入批生产并装备于直8直升机（图7-13）上。

直8直升機上安装3台涡轴6发动机的性能参数装于直升机机身上，主减速器前平行地安装二台进气口朝前方（见图），主减速器后安装—台发動机的性能参数进气口朝后。

涡轴8发动机的性能参数是根据20纪80年代从法国透博梅卡（TM）公司引进的阿赫耶1C1生产许可证而研制生产的

其轴功率525kW，重160公斤该发动机的性能参数主要装于直9直升机上（图7-14）。我国驻港部队飞行团装备的就是直9直升机

图7-14、国产直-9直升机

7.4.1.2 国外的涡輪轴发动机的性能参数

自上世纪50年代以来，国外已研制成功了三代涡轮轴发动机的性能参数上世纪80年代初，由于石油禁运、通货膨胀海上石油探测和军用直升机需求量减少，严重影响了直升机及其发动机的性能参数的研制和生产

到1988年，涡轮轴发动机的性能参数的生产達到最低谷上世纪90年代美国基本上是研制上世纪70年代和80年代发动机的性能参数的改型。

国外能独立研制涡轮轴发动机的性能参数的主要廠商有艾利逊公司、透博梅卡、通用电气、普惠（加拿大）、克里莫夫设计局、联信和罗?罗公司

a）美国艾利逊公司的250涡轮轴发动机的性能参数系列，主要为民用型

b）法国透博梅卡公司的阿赫耶（Arriel）、马基拉、TM333和阿赫尤(Arrius)涡轮轴发动机的性能参数系列。该公司还和罗?罗公司、德国MTU公司联合研制了MTR390发动机的性能参数和罗?.罗公司联合研制了RTM322发动机的性能参数，前者用于“虎”式武装直升机后者用于英國国防部的EH-101直升机。

d）美国通用电气公司的涡轮轴发动机的性能参数除T64大功率型外，主要是T700系列及其发展型其中较为知名是装于AH-64“阿帕奇”直升机的T700-GE-701型发动机的性能参数。

在海湾战争中美国的AH-64“阿帕奇”攻击直升机横扫伊军坦克部队和各种纵深目标，为陆战的速战速決立下了汗马功劳

f) 美国艾利逊公司和联信发动机的性能参数公司合资组成的轻型直升机涡轮发动机的性能参数公司(LHTEC)，主要负责T800（图7-15）及其民用型CTS800先进涡轮轴发动机的性能参数的研制1993年T800发动机的性能参数定型，用于RAH-66“科曼奇”侦察/攻击直升机（图7-16）

RAH-66是美国研制的新一代矗侦察/攻击直升机。早在1982年美国陆军提出LHX(实验轻型直升机计划)，原计划需要5000架LHX来取代UH—1、AH—1、OH—58和OH—6等直升机1990年计划购买量减少到1292架。

1988年6月美国陆军发出LHX的招标，1991年4月8日美国陆军宣布波音、西科斯基公司小组战胜了另一对手获胜，LHX随之进入原型机研制阶段

1991年4月，囸式将LHX命名为RAH—66其中R表示侦察，A表示攻击H表示直升机。原计划RAH-66于2001年交付使用它将成为美国陆军的主力机种，执行武装侦察、反坦克囷空战等任务

但研制任务一再延误，其2号原型机于2003年5月23日才进行了安装成套任务设备(MEP)软件和新发动机的性能参数的首次飞行预计2009年才能全面装备部队。RAH-66最突出的优点是它采用了直升机中前所未有的全面隐身设计

动力装置为2台轻型直升机涡轴发动机的性能参数公司(LHTEC)研制嘚T800-LHT-800型涡轮轴发动机的性能参数，每台最大功率为1149千瓦两台发动机的性能参数基本上独立工作，当一台发动机的性能参数作战损伤时不會影响到另一台的工作。只要有1台发动机的性能参数工作直升机就可以保证返航。

图7-16、美国新—代侦察/攻击直升机RAH-66 “科曼奇”

7.4.2 涡轮轴发動机的性能参数的发展

涡轮轴发动机的性能参数作为直升机的动力由于直升机的特点所决定了其用途十分广泛。在民用方面在国民经濟的各个领域—从经济、生产部门到社会公共事务方面使用广泛，特别是那些现代化交通运输工具（固定翼飞机、火车、汽车、轮船等）難于接近的地方或者不得不进行作业的地方，现代直升机能充分发挥其特长

例如，海上油气田开采高原山区运输，救灾抢险森林防火等等，直升机都可大显身手因此，从某种意义上讲在国民经济和社会公共事务中使用直升机，是一个国家经济和技术发达的一种偅要标志

在军事领域中，直升机已从单纯的运输工具发展成为一种具有强大火力和机动能力的战斗武器

在近代战争中，武装直升机在進行反坦克、对地攻击任务中发挥了很大的作用。从一定意义上讲一个国家的军队中直升机（包括运输、侦察、武装直升机）装备的數量多少，是其战斗力强弱的一个重要标志

为了满足21世纪军用直升机的需求，世界上有关国家均在对现有涡轮轴发动机的性能参数进行妀型改进的同时正在努力发展下一代涡轮轴发动机的性能参数。下一代涡轮轴发动机的性能参数的主要特点有以下几点

a）在性能方面，压气机增压比、涡轮前温度将有较大幅度提高由此单位功率和功重比也将有较大提高，耗油率将显著下降

b）在结构方面，新材料和噺工艺的使用将会使下一代涡轮轴发动机的性能参数的重量更轻，工作更为可靠

c）在价格和维护性方面，下一代涡轮轴发动机的性能參数的单位寿命价格应能进一步降低而且更便于维护。

d）下一代涡轮轴发动机的性能参数可能采用的新方案有变循环涡轮轴发动机的性能参数和可转换的涡轴/涡扇发动机的性能参数这些方案力图使新的发动机的性能参数在降低耗油率，提高直升机飞行速度等方面取得突破性进展

e）为克服涡轮轴发动机的性能参数和直升机传统的传动减速装置十分笨重的缺点，国外已开始研究喷气旋翼和翼尖喷气发动机嘚性能参数及液压传动减速系统如果这些方案能够实施，将会给直升机动力装置—涡轮轴发动机的性能参数带来一场革命

微型涡桨/涡轴发动机的性能参数昰指200 kW功率以下涡轮发动机的性能参数是涡轮发动机的性能参数的一个特殊领域。微型涡桨与涡轴发动机的性能参数是由通用核心机技术仩发展而来均使用轴功率发生装置，其零部件通用性强在通用核心机基础上进行研发，能够降低研制成本缩短研发周期。

微型涡桨發动机的性能参数与传统活塞发动机的性能参数相比具有更优异的高空性能（可达8000 m活塞发动机的性能参数一般不超过4500 m）、更好的高速性能（最高可达800 km/h）、更高的功重比（约为活塞发动机的性能参数的2倍）、更小的振动等诸多优点，从而使得微型涡桨发动机的性能参数在军鼡市场、民用市场具有广阔的应用前景被誉为“明天的绿色动力”。

国外大中型涡桨发动机的性能参数已发展到第四代[1]微小型涡桨发動机的性能参数发展比较缓慢，作为微型涡轮发动机的性能参数分支之一逐渐被各国研发人员研发出来如MW54，kj66及SPT15-RX等应用于航模；美国M-Dot公司研发的TRS80-1已应用于无人机；PBS公司研发的TP100，不仅已应用于载人实验飞机亦可应用于无人机，在微型涡桨发动机的性能参数研发方面国内尚属空白[2,3]。

微型涡轴发动机的性能参数与微型涡桨发动机的性能参数均输出轴功率工作环境和性能比较接近，但结构和控制等方面有一萣差异适用范围有所区别。微型涡轴发动机的性能参数功重比大、耗油率低、可靠性高、寿命长、技术发展潜力大、环境适应性强、高涳性能好等诸多优点可适用于中低空、低速短距、垂直起降无人机和倾转旋翼无人机等。

微型涡轴发动机的性能参数发展比较早如美國上世纪50年代起由solar turbines研发的T62系列，其功率覆盖了60 kW-110 kW[4,5]大量应用于轻型直升机上，如SytonAH130, Mosquito Aviation XE等在国内，尚未有此功率量级的涡轴发动机的性能参数

據公开报道，2014年国内微小型航空发动机的性能参数市场规模达46亿元之后在低空空域改革政策之下，无人机用微小型航空发动机的性能参數需求得到明显提升预计到2020年，整体市场规模将达167亿元且目前国内受通用机场设施建设情况限制，低空领域飞行尚未开放但预估在2030姩前后，国内三类、四类通用机场将基本完善届时低空领域飞行将得以开放，700 kg级双座、1400 kg级四座等轻型飞机将井喷式发展而涡桨发动机嘚性能参数凭借其巡航时间长、推进效率高、经济性好、起飞推力大，以及可适用于复杂短距起飞环境等特点必将具有较大的潜力与竞爭力。涡轴发动机的性能参数作为轻型直升飞机的动力在国外得到了大量的应用，在国内亦会得到越来越多的关注因此微型涡桨、涡軸军民融合应用前景广阔。

本文对微型涡桨涡轴发动机的性能参数整机结构组成、总体性能、关键部件结构设计及应用前景进行分析进洏为微型涡桨涡轴发动机的性能参数工程化设计及应用提供参考。

2 微型涡桨涡轴发动机的性能参数总体性能计算

典型微型涡桨发动机的性能参数整机外观如图2-1所示该发动机的性能参数为动力涡轮式串列式单转子涡桨发动机的性能参数。发动机的性能参数由燃气发生器、中介机匣及减速器等组成其中发动机的性能参数尾喷管与发动机的性能参数轴向垂直，并不产生推力受尺寸限制，其减速器齿轮线速度高属于高速减速器。

图2-1 微型涡桨发动机的性能参数外观图

微型涡桨及微型涡轴发动机的性能参数系统分别如图2-2、图2-3所示保持燃气发生器、动力涡轮等结构状态不变，匹配不同的减速器即能得到两种类型的发动机的性能参数在微型涡桨发动机的性能参数基础上，微型涡軸减速器的设计途径有两种一种是在微型涡桨基础上，设计体外减速器一种是重新设计高减速比减速器。

图2-2 微型涡桨发动机的性能参數系统

图2-3 微型涡轴发动机的性能参数系统

2.1 性能寻优及参数敏感性分析

kgf气路部件性能参数固定改变，变化值如表2-2所示计算出一组相同涡輪前燃气温度（）的单位功率和耗油率，然后再改变重复上述计算，得到较广范围的新设计发动机的性能参数图2-4展现的是该新发动机嘚性能参数的单位性能与循环参数关系，从中可直观地看出当两个参数发生变化时发动机的性能参数设计点的变化，并且可发现耗油率與涡轮前温度及增压比基本成反比单位功率与涡轮前温度及增压比基本成正比。当压气机增压比为3.8以上时且为1200 K以上时，与单位功率相仳耗油率对涡轮前温度不敏感，但会随压比的增大而继续减小意味着以现有微型涡喷发动机的性能参数燃气发生器为基础进行微型涡槳发动机的性能参数的系统集成，集成的微型涡桨发动机的性能参数性能较优

表2-1 某型40kgf发动机的性能参数气动参数

图2-4 发动机的性能参数设計点性能与循环参数关系

在保持空气流量、涡轮前燃气温度和压气机增压比不变的前提下，计算部件性能参数变化对发动机的性能参数性能的影响其结果见表2-3所示，负值为降低正值为升高。结合图2-4易知单位功率和耗油率不仅受压比和涡轮前燃气温度的影响，而且受各蔀件效率、流动损失等的影响各参数变化对发动机的性能参数总体性能的影响程度不一致，在燃气发器部件效率一定的情况下动力涡輪效率对发动机的性能参数性能影响最大，故需在微型涡桨发动机的性能参数部件设计中着重提高动力涡轮效率，并优化燃气发生器与動力涡轮之间的中间过渡段尽可能提高发动机的性能参数性能。

表2-3 微型涡桨发动机的性能参数部件性能对发动机的性能参数的性能影响

2.2 軸输出功率装置速度-高度特性

计算轴输出功率装置特性如图2-5至图2-7所示可发现轴输出功率装置功率随高度的增加而减小，随速度的增加而增大而燃气发生器推力速度-高度特性如图2-8所示，对比易知轴输出功率装置的稳定工作范围比其燃气发生器要小，在速度大于0.6 Ma高度大於6000 m的高空高速范围内燃气发生器性能更优异，这主要是由于动力涡轮的稳定工作范围低引起的其中，轴输出动力装置5000 m的性能较为优异這也是微型涡轮发动机的性能参数相对活塞发动机的性能参数的一个优势。

图2-5 轴输出功率装置功率速度-高度特性

图2-6 轴输出功率装置耗油率速度-高度特性

图2-7 轴输出功率装置单位功率速度-高度特性

图2-8 燃气发生器推力速度-高度特性

3.1 微型涡桨发动机的性能参数高速重载减速器设计

高速小齿轮线速度达到200 m/s功率为65 kW，属于高速重载减速器基本形式为星形二级同轴传动，减速结构示意如图3-1所示外啮合方式如图3-2所示，传動结构如图3-3所示由输入齿轮-轴系、中间齿轮-轴系、输出齿轮-轴系组成，结构紧凑、简单

图3-1 减速器结构示意图

图3-2 齿轮啮合示意图

图3-3 传动結构示意图

利用接触疲劳强度准则进行齿轮设计，初步得出齿轮与轴的尺寸对其强度进行校核[6]，然后利用romax软件进行详细设计得到详细嘚结果如表3-1所示。

发动机的性能参数油路如图3-4所示其润滑方式依然是喷射润滑，燃滑油首先润滑减速器然后进入燃气发生器，一路用於润滑轴承、冷却轴承座套大部分参与燃烧。

提高减速器可靠性是控制全寿命周期费用的有效方法即通过更换燃气发生器单元体组成噺的涡桨发动机的性能参数，其中采用独立润滑系统是提高减速器寿命的一条途径。

表3-1 高速级齿轮计算结果汇总

成品齿顶倒角直径/mm
成形矗径与最小SAP/mm
齿顶圆与配对齿轮基圆/mm

3.2 微型涡轴发动机的性能参数减速器设计

微型涡轴发动机的性能参数输出转速一般小于1000 r/min其减速器减速比較微型涡桨减速器减速比更大，某型微型涡轴减速器比达到60以上

微型涡桨与微型涡轴的一个主要不同之处在于减速器不同，两种不同的設计途径的发动机的性能参数减速器如图3-5所示一种是设计高减速比的减速器，一种是在微型涡桨的基础上进行体外减速器的设计。后┅种途径更容易实现即在微型涡桨发动机的性能参数基础上进行研发，通用性强技术难度低，研发周期短后期安装桨叶时容易做结構调整。

（1）高减速比减速器 （2）体外减速器

图3-5 两种设计途径的微型涡/轴发动机的性能参数减速器

微型涡桨发动机的性能参数采用独立的雙回路控制如图4-1所示，它采用的控制规律是通过燃油流量Wf的改变来保持燃气发生器转速为常数，并通过桨叶安装角的改变保持自由涡輪转速为常数的控制规律被控制量分别选燃气发生器转速ng和自由涡轮转速nf，控制量分别选燃油流量Wf和桨叶安装角β

微型涡轴发动机的性能参数控制方案采用串级控制方案，如图4-2所示采用两个控制器，两个控制器串在一起起不同作用，分别控制燃气发生器转速ng和自由渦轮转速nf燃油流量给定值受自由涡轮控制器控制。自由涡轮控制器称为主控制器燃油流量控制器称为副控制器，控制变量为Wf串级控淛系统属于复杂控制系统，有着明显的优点围绕燃气发生器负反馈回路，使落在副环中的干扰被及时抑制减少对主环的影响；围绕燃氣发生器负反馈回路中减少燃气发生器时间常数对系统性能的影响，有利于主环克服落在主环的负载干扰因此，整个系统有较高质量的控制性能

图4-1 微型涡桨发动机的性能参数控制规律

图4-2 微型涡轴发动机的性能参数控制规律

5 微型涡桨涡轴发动机的性能参数军民融合应用5.1 微型涡桨发动机的性能参数军民融合应用

对于微型涡桨发动机的性能参数，提高可靠性和经济性可以代替Rotax912/914活塞发动机的性能参数，应用于莋战无人机、通航飞机等具有广阔的应用前景。

军用方面微型涡桨发动机的性能参数可适用于长航时察打一体化无人机、无人侦察机、无人战斗机、巡飞弹、边境长航时巡逻无人机等方面。如翼龙2采用的WJ-9发动机的性能参数如图5-1所示。英国“火影”巡飞弹采用的涡桨发動机的性能参数等示意图如图5-2所示。

图5-1 微型涡桨发动机的性能参数在高空长航时察打一体化无人机上的应用

图5-2 微型涡桨发动机的性能参數在巡飞弹上的应用示意

近年来由于燃油价格飙升，涡桨飞机的经济性优势更为凸显出来同时随着螺旋桨设计、制造技术的进步，涡槳飞机在高亚声速飞行时的推进效率大大提高从而使得其在民用通航业务领域的轻型飞机、轻型商务机、公务机、观光机以及农林植保莋业飞机、森林火情监测及航拍飞机等方面有着巨大的市场潜力。图5-3至图5-6展现的是微型涡桨发动机的性能参数在载人轻型飞机上的应用從中可知其发动机的性能参数布置多样化，能满足不同飞机的需求

图5-3单发动机的性能参数双座飞机图

图5-4双发动机的性能参数四座飞机

图5-5拉力式涡桨发动机的性能参数应用图

图5-6 推力式涡桨发动机的性能参数应用

5.2 微型涡轴发动机的性能参数军民融合应用

图5-8监视、侦察、巡逻、目标指示等

军事上，直升机是不可或缺的重要武器装备之一在军事应用当中，多利用匹配微型涡轴发动机的性能参数的无人飞行器执行監视、侦察、巡逻、目标指示和电子战等任务此外，还可以用于投放声纳、探测潜艇、武器试验和运送货物等图5-7至图5-8展现的是以微型渦轴发动机的性能参数为动力的无人机在军事上的应用。

图5-9 “蚊子”直升机

在民用方面微型涡轴发动机的性能参数一般还可作为无人/载囚飞行器的动力，并用在公安、海关缉私、海事侦察、警务执法、交通疏导、空中指挥、抢险救灾、打捞救援、医疗救护、飞机播种造林、施肥灭虫、防火灭火、大气监测、吊运吊装、架设高压电缆、公务飞行、旅游观光等方面发挥作用图5-9所示为匹配微型涡轴发动机的性能参数的“蚊子”直升机。

本文从对微型涡桨/涡轴发动机的性能参数总体性能计算、减速器部件设计以及其控制系统等方面进行了研究，进而对其军民领域的应用前景进行了分析得到了以下结论：

（1）在燃气发器部件效率一定的情况下，动力涡轮效率对发动机的性能参數性能影响最大故需在微型涡桨发动机的性能参数的部件设计中，着重提高动力涡轮效率并优化燃气发生器动力与涡轮之间的中间过渡段，以尽可能提高发动机的性能参数性能；

（2）微型涡桨发动机的性能参数减速器具有高速重载特点利用接触疲劳准则进行齿轮与轴初步设计，利用romax软件进行详细设计采用喷射、独立润滑方式是提高减速器可靠性的一条途径；

（3）微型涡轴发动机的性能参数可在微型渦桨发动机的性能参数基础上改型而来，其途径之一为设置体外减速器与微型涡桨发动机的性能参数具有较强的通用性，能够缩短研发周期与费用；

（4）200 kW以下的微型涡桨应用广泛可应用于巡飞弹、无人机、通航等，市场潜力大值得对其进行系列化研发；而微型涡轴发動机的性能参数则可应用于轻型载人及无人直升机。微型涡桨涡轴发动机的性能参数具有广阔的军民融合应用前景

[2] 方昌德.航空发动机的性能参数的发展研究[M].北京:航空工业出版社，.

[3] 凌天铎.中小型航空发动机的性能参数用压气机性能水平的发展[M].株洲:中航工业航空动力机械研究所,.

[6]于惠力,冯新敏.《齿轮传动装置设计与实例》[M]. 北京:机械工业出版社.

作者简介：李纪永（1985~），男四川航天中天动力装备有限责任公司，航空发动机的性能参数总体设计、整机动力学预先研究室主任/工程师。

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三轴式发动机的性能参数是指发動机的性能参数的三个转子彼此无机械联系且在各自最佳

下运转。三轴发动机的性能参数结构比较容易实现推力增加因为发动机的性能参数核心机的修改可以相对于低压系统独立进行。罗·罗公司的RB211和遄达就是三轴结构的发动机的性能参数

三轴结构的发动机的性能参數具有更好的气动稳定性，不需要可变进口导流叶片和可调静子叶片采用三轴结构时，由于其采用固定的静子叶片角度而省掉了其调節装置，简化了控制系统因此三轴发动机的性能参数拥有良好的启动性能。对于三轴发动机的性能参数来说有三个转速可以调节，通過三个转速的设定可以获得期望的性能

三轴发动机的性能参数的结构布局使得涡轮机械部件能够选取最佳的工作转速运转，因此减少了零件数目最终降低了单位成本。此外这种结构布局还使发动机的性能参数在较低的涡轮进口温度条件下能达到较高的推力级，因此发動机的性能参数的热端寿命更长

一台长度短的发动机的性能参数具有刚性的承载轴承结构，由此可以减少转子/静子间的偏心率从而使間隙更小，性能保持更好进一步增加了发动机的性能参数的热端寿命，减少了燃料的消耗量

太体上说，三轴涡扇发动机的性能参数的氣动力特性和效率优于可比的双轴发动机的性能参数其结果是三轴涡扇发动机的性能参数比双轴涡扇发动机的性能参数的尺寸短，结构簡单结实可靠，便于使用和推护三轴设计与双轴设计的具体差异如下。

在压气机方面这两种设计的压气机均须满足16：1的压比要求，雙轴发动机的性能参数的风扇和增压器装在同一轴上增压器只能与风扇以相同的低速运转，因而限制了压力的升髙高压压气机要达到10：1的扭比、负载很大、须用多级压气机，其中有些级须是可调的而三轴发动机的性能参数的压气机匹配适当，气动力特性好且有中压壓气机（其转速比双轴发动机的性能参数增压器的转速高），高压压气机达到4：1压比的负载不大因而需要的级数少，也不需要可调进口導向叶片

涡轮部分也有相似情况，双轴发动机的性能参数用两级高压涡轮而三轴发动机的性能参数用一级高压涡轮。双轴发动机的性能参数高压涡轮处的燃气温度高四级叶片均须冷却，第二级叶片有较高的机械应力

罗·罗公司的发动机的性能参数采用一级髙压涡轮和┅级中压涡轮，它们的工作温度较低就压比为25-30来说，涡轮进口温度为1500—1550K,而在可比的双轴发动机的性能参数上涡轮进口温度达1650K，后者虽鈳降低燃油消耗率1-2%但发动机的性能参数的工作寿命缩短了，三轴发动机的性能参数的结构寿命较长因此用户的总费用较低。

双轴发动機的性能参数的低压涡轮为五级用来驱动风扇和增压器，而罗·罗公司的发动机的性能参数采用三级涡轮，只与风扇机械连结，在任何情况下均能以最佳转速运转

与三轴发动机的性能参数相比，双轴发动机的性能参数的级数多达26级可调静子叶片6级，发动机的性能参数总長约381厘米罗·罗公司的三轴发动机的性能参数的总长约缩短76厘米，涡轮和压气机只有19级可调静子叶片只一级。因发动机的性能参数较短三轴安装可靠，而双轴发动机的性能参数的主轴比较长容易颤振。

上述差异对用户来说也有重要意义从驾驶员或工程师的角度看，三轴发动机的性能参数具有以下优点发动机的性能参数起动过程简单，不易发生双轴发动机的性能参数经常遇到的喘振问题；三轴发動机的性能参数的油门杆角度与线性推力之间的关系比较直接明显因无多级导流叶片，容易预测发动机的性能参数的加速性而双轴发动機的性能参数在油门迅速变化时如导流叶片与气流需求量不相协调（在极端情况下能使发动机的性能参数喘振。容易出现难以预测的油門/推力关系值的变动

从维护和修理观点看，同人们的初步印象相反三轴发动机的性能参数的设计实际上比双轴发动机的性能参数的简單。基本部件数量可以说明这一点例如RB211-524G/H发动机的性能参数有436片涡轮叶片，而普·惠公司的PW4000发动机的性能参数有654片通用电气公司的CF6-80C2发动機的性能参数有670片；罗·罗公司的发动机的性能参数只有844片压气机叶片，而CF6-80C2发动机的性能参数有1129片RW4000发动机的性能参数有990片。如前所述彡轴发动机的性能参数的级数、可调叶片级数和风扇叶片数均比双轴发动机的性能参数少得多。RB211发动机的性能参数的宽弦风扇有24片叶片洏两种主要的竞争发动机的性能参数则有38片。

结构简单便于使用和维护。三轴发动机的性能参数从一开始就采用单元体结构像RB211-535E4三轴发動机的性能参数有7个单元体，而普·惠公司的PW2037有10个单元体除数量少外，罗·罗公司发动机的性能参数的每个单元体在设计上是独立的，事先已平衡好，其连接方式也有助于精确定位校准，故便于更换、拆卸和重装。

三轴发动机的性能参数除使用寿命长因而可减少用户总费鼡外其单元体化结构也带来长期利益随着技术的进步，可以增加新的低压、中压或髙压系统来提高发动机的性能参数的性能例如英国航空公司拥有装用RB211-524发动机的性能参数的波音747机群，利用单元体改进办法逐步将每台发动机的性能参数改成最新的524D4标准型使燃油消耗率下降了9%。

双轴发动机的性能参数由于其结构设计性质用户就难以利用上述方法，如欲提高飞机性能只得更换整台老式发动机的性能参数，改装新型发动机的性能参数

目前生产的三轴发动机的性能参数稍重于与其竞争的双轴发动机的性能参数，这是因为前者具有许多独特嘚设计特点例如，为了提高性能保持能力采用了双层蒙皮机匣为了更好地保护发动机的性能参数采用了刚性骨架结构，从而使发动机嘚性能参数具有更好的结构完整性（包容性抗外物撞击能力等）。

三轴发动机的性能参数采用了双层蒙皮机匣其承力结构与双轴发动機的性能参数上通常采用的方式不同，主要表现在发动机的性能参数前部的风扇机匣、出口导流叶片、中压压气机外机匣和中机匣的承力接头以及发动机的性能参数后部的中压/低压涡轮机匣、燃烧室外机匣和高压/中压涡轮轴承座的接头。这种结构中中压和高压压气机内機匣与承力结构无关，因此有效地灭少了发动机的性能参数在工作中的变形防止性能损失和部件寿命缩短。

双轴发动机的性能参数在起飛、巡航或着陆过程中往往发生变形而且变形较大。这主要是因为风扇和低压髙压轴的轴承支座与发动机的性能参数吊架相连接，因洏成了完全受力件发动机的性能参数变形会引起转子和机匣间的配合失当以及叶尖与衬套的磨损。

航空发动机的性能参数的工作过程中涉及到的因素非常多而三轴结构的涡轴/涡桨发动机的性能参数较之单轴、双轴的发动机的性能参数又更加复杂，因此要建立能够完全精確反映三轴发动机的性能参数工作状态的数学模型几乎不可能所以，在三轴涡轴/涡桨发动机的性能参数的建模过程中不得不作出一些假設前提是这些假设能够保证所建立的数学模型在各个工作状态下都能较好地模拟发动机的性能参数实际工作情况，利用这些假设将复雜的发动机的性能参数模型作一些简化，从而减小建模工作量和难度

(1)假设发动机的性能参数工作工质为热力学上的理想气体或理想气体混合物；

(2)气体比热、绝热系数等只与总温和油气比有关，忽略压力等的影响；

(3)气体在航空发动机的性能参数中均为一维定常流且每个特征截面上气体总参数沿径向保持相同；

(4)整个流动过程中，忽略工质与发动机的性能参数部件之间的热量交换忽略实际过程中气流流动的摩擦阻力和摩擦换热以及进、排气流动损失。

在建立发动机的性能参数工作模型时按部件划分计算模块，即进气道、低压压气机、高压壓气机、燃烧室、高压燃气涡轮、低压燃气涡轮、动力涡轮和尾喷管等建模时，每一个部件相对独立有独立的气动热力学方程和部件特性，再按照发动机的性能参数部件顺序通过平衡方程从前向后逐一将各个部件串联起来，包括流量平衡方程、压力平衡方程、转速平衡方程和功率平衡方程等在进行航空发动机的性能参数非设计点性能计算时，应当给定一个初值再利用各部件特性进行迭代，对确定發动机的性能参数共同工作状态的平衡方程求解从而找出发动机的性能参数各部件均能稳定工作的点，再计算发动机的性能参数各截面參数和总体性能参数

因为航空发动机的性能参数内部一般处于高温、高压的环境下，为了更准确的模拟发动机的性能参数内流气体的性質不再将气体比热容看作一个定值，而是随温度和气体成分变化而变化的值所以，采用变比热计算方法

发动机的性能参数热力计算Φ，可能遇到需要由温度求解气体热力性质参数和已知气体热力性质参数反求温度两种情况把温度代入拟合公式就可以求出气体热力性質参数的值；反之，知道气体热力性质参数要求温度就是要解拟合公式得到方程的根，在编程时利用二分法等算法迭代求解


计算部件特性时，主要针对图 3.1 中的 14 个特征截面上的状态参数从而计算得出发动机的性能参数的功率、单位功率、单位耗油率等性能参数。计算每個特征截面时需要求解出该特征截面上的总温、总压、折合流量。

航空发动机的性能参数设计点性能计算的目的在于根据选定的循环设計参数、部件效率和损失系数等计算从发动机的性能参数进口到出口各个截面的气流参数，并最终获得发动机的性能参数在该设计状态丅工作时的性能参数

计算三轴涡轴/涡桨发动机的性能参数设计点性能时，需要给定的初始条件包括：

（1）给定的飞行条件和大气条件:飞荇高度 H 和飞行马赫数M0大气温度与大气压力由飞行高度求出，通常使用国际标准大气条件计算发动机的性能参数的性能；

（2）给定涡轴发動机的性能参数循环设计参数：高、低压压气机增压比、高压燃气涡轮前总温等；

（3）发动机的性能参数各部件工作效率、总压损失系数、机械效率等；

（4）发动机的性能参数中引气用量及布局；

（5）所用燃油的最低热值；

（6）发动机的性能参数提取功率

从而计算出在给萣工作情况下，发动机的性能参数各个截面的气流参数与发动机的性能参数总体性能参数（功率、单位耗油率等）以检验所选取的发动機的性能参数设计参数是否能够满足发动机的性能参数的设计需求。三轴发动机的性能参数设计点性能计算流程图如图 3.4

航空发动机的性能参数的设计点性能非常重要，但实际上发动机的性能参数很多时候并不在设计状态下工作。发动机的性能参数不同的油门杆位置、飞荇速度、飞行高度和大气条件都对应着不同的工作点初始条件下的任何一个因素发生变化，发动机的性能参数都会偏离设计点处于非設计工作状态。为了满足飞行器的任务需求发动机的性能参数必须能在一定的范围内保持稳定、可靠、高效的工作。因此需要对航空发動机的性能参数进行非设计点性能计算从而确保发动机的性能参数在其他非设计工作状态的下的性能能够满足飞行器需求且不超过限制條件。

发动机的性能参数非设计点性能计算步骤与设计点性能计算步骤基本相同它也取决于各个部件的工作状态，也是从发动机的性能參数进口到出口由前向后逐个截面依次计算。而非设计点性能计算与设计点性能计算的主要区别在于设计点计算时各个部件的性能参数昰由设计者直接给定的而非设计点计算时需要根据各部件之间共同工作，由相关的平衡条件建立起相应的平衡方程通过给定相关的自甴变量得到一个非线性方程组，发动机的性能参数在非设计点的工作状态就由这个方程组来确定而这个非线性方程组的解就表示了各部件在该非设计状态下的工作情况。航空发动机的性能参数非设计点的计算需要用发动机的性能参数的部件特性如低压压气机特性、高压壓气机特性、燃烧室燃烧特性和高压燃气涡轮特性、低压燃气涡轮特性、动力涡轮特性等。由于在航空发动机的性能参数总体设计阶段壓气机、涡轮的工作特性图不能通过常用的实验或者三维气动计算得到，所以采用缩放方法得到

而进气道，高、低压压气机过渡段燃燒室，高、低压燃气涡轮过渡段燃气涡轮、动力涡轮过渡段、尾喷管的总压损失模型建立较困难，采用设计者直接给定计算时可能造荿一定误差。同样地高压轴、低压轴、动力轴的机械效率也很难求出，由设计值直接给定

由于航空发动机的性能参数的引气中有很大┅部分是用于热部件的冷却，所以引气总量可以认为与工作点的涡轮前温度相关引气总量由涡轮前温度来决定。而引气布局很难确定采用与设计点相同的布局及比例分配。

从1958年埃汶发动机的性能参数装在“彗星”IV飞机上首次投入使用至今发动机的性能参数的耗油率已減少了一半。这对于改进飞机(尤其是长航时飞机)的经济性作出了巨大贡献随着对降低噪声的要求越来越严，现在使得发动机的性能参數的性能更多的以单位推力而不是以耗油率和载荷范围来表示，这时短舱的安装阻力和重量会抵消低单位推力带来的好处。

展望未来留给发动机的性能参数制造商改进性能的机会正在减少，而且竞争将发生在飞机机体制造商之间为改进性能他们期望找到更大胆的飞机設计。毫无疑问目前的三轴发动机的性能参数概念已被公认是世界领先的，这项技术从最初的设计开始算起至今已经过了37年的发展。未来的工作重点是通过减少零件数量和提高使用中的诊断能力来减少单位成本

  • 1. 艰辛创精品协力铸辉煌罗-罗公司的三轴发动机的性能参数忣其新技术(上)，《国际航空》,
  • 2. 刘婧妮先进涡轴/涡桨发动机的性能参数总体性能设计研究，南京航空航天大学, 2015
  • 3. 张山三轴与二轴—盖伊·诺里斯谈RB211，《国际航空》, -34
  • 4. 艰辛创精品 协力铸辉煌罗-罗公司的三轴发动机的性能参数及其新技术(下) 《国际航空》,

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