涡轮螺旋桨发动机

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涡轮螺旋桨发动机（Turboprop Engines，简称涡桨发动机）是一种驱动飞机螺旋桨的燃气涡轮发动机。

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。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。

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。

## 技术

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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。因此，排气喷流产生的推力通常仅约占发动机总推力的10%。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。涡桨发动机具有极高的涵道比，可达50–100。但与涡轮风扇发动机相比，其涵道结构不如后者集中。

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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。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。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。

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。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。

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。

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。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。

## 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。

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。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。

## 应用

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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。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。

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。但其初始成本、维护费用和燃油消耗都相对较高。

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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。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。

### 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。

## 现役发动机

以下是现役涡桨发动机表格：

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｜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 飞天车、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（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｜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