渦輪螺旋槳發動機

渦輪螺旋槳發動機（Turboprop Engines，簡稱渦槳發動機）是一種驅動飛機螺旋槳的燃氣渦輪發動機。

渦槳發動機主要由進氣道、減速器、壓氣機、燃燒室、渦輪及推進噴管等部分組成。空氣經進氣道進入發動機後，首先在壓氣機中被壓縮；隨後，航空煤油在燃燒室內與壓縮空氣混合併燃燒，形成高溫高壓的燃氣。該燃氣在渦輪級中膨脹做功，在排氣過程中釋放能量，並最終經渦輪排出。

渦輪產生的功一部分用於驅動壓氣機和發電機，另一部分經減速器傳遞，用以驅動螺旋槳以產生推力。與渦輪噴氣發動機或渦輪風扇發動機不同，渦槳發動機輸出的大部分功用於驅動螺旋槳，而排出氣流所提供的推力僅占總推力的一小部分。

## 技術

渦槳發動機通過犧牲排氣噴流所提供的推力來獲取軸輸出功，具體方式是在燃氣膨脹過程中提取超出維持壓氣機功率的額外功率。由於在渦輪系統中發生了額外的氣體膨脹，排氣噴流中所剩餘的動能會明顯降低。因此，排氣噴流產生的推力通常僅約占發動機總推力的10%。在低空速的條件下，螺旋槳提供的推力占比較高；而隨著空速的增加，螺旋槳推力在總推力中的占比逐漸降低。渦槳發動機具有極高的涵道比，可達50–100。但與渦輪風扇發動機相比，其涵道結構不如後者集中。螺旋槳通過減速器與渦輪相連，減速器將渦輪輸出的高轉速、低扭矩轉換為適合螺旋槳工作的低轉速、高扭矩。根據動力傳遞結構的不同，渦槳發動機主要分為自由式渦輪和固定軸式兩種基本構型。

在自由式渦輪發動機（如普惠PT6）中，驅動螺旋槳的動力渦輪與燃氣發生器之間無剛性連接，可獨立旋轉；這種構型在螺旋槳受損時可保護燃氣發生器，且有利於維修和地面啟動。相比之下，固定軸式發動機（如霍尼韋爾TPE331）的減速器、渦輪與燃氣發生器共軸連接，結構更為緊湊。

渦槳發動機通常採用類似於大型飛機活塞發動機的恆速螺旋槳，但其對控制系統的要求更高。這是因為渦輪發動機對動力輸入的反應較慢，所以螺旋槳需具有更大槳距調節範圍，以實現推力的快速變化。

螺旋槳通常具有兩種模式：α模式用於飛行操作，β模式則用於地面操作。其還配備有多個螺旋槳調速器：主調速器、超速調速器和燃油限制調速器。調速器通常還會集成β模式的控制裝置，以協調槳距變化與發動機輸出。

相比渦輪風扇發動機的小直徑風扇，渦槳發動機的螺旋槳直徑大，在低空速下能以較小速度加速大量空氣，從而提高效率和降低油耗。但當槳葉尖端氣流接近音速時，其效率會急劇下降，因此渦槳發動機通常用於空速不超過0.6–0.7馬赫的飛機。

## 歷史

渦輪螺旋槳發動機的發展源於20世紀20年代對高效壓氣機與燃氣輪機的研究。1926年，艾倫·阿諾德·格里菲斯發表了關於軸流壓氣機設計的奠基性論文；隨後，英國皇家航空研究院開展了基於軸流壓氣機驅動螺旋槳的相關研究。與此同時，弗蘭克·惠特爾則致力於以離心式壓氣機為基礎、主要依靠噴氣的發動機方案。

世界上最早的渦輪螺旋槳發動機由匈牙利工程師詹德拉西克·吉喬治設計並製造。其在1930年代完成了多次實驗性驗證，但受限於當時的材料與燃燒技術，發動機未能進入實用階段，且因戰爭原因於1941年終止。

## 應用

與渦輪風扇發動機相比，渦槳發動機在飛行速度低於約0.8馬赫時效率較高，因為此時螺旋槳和排氣噴流的速度相對較低。現代渦輪螺旋槳客機的巡航速度與小型支線噴氣客機接近，但每乘客平均燃油消耗量僅為後者的約三分之二。

與活塞發動機相比，渦槳發動機具有更高的功率重量比和更強的可靠性，使其在短跑道起降和偏遠地區飛行中具有明顯優勢，比如搭載渦槳發動機的飛機常用於叢林地區。但其初始成本、維護費用和燃油消耗都相對較高。

渦槳發動機主要用於小型亞音速飛機，但也有少數用於高速和大型飛機，比如圖波列夫Tu-114、圖波列夫Tu-95、洛克希德L-188伊萊克特拉以及空中巴士A400M運輸機。

截至2017年，應用最廣泛的渦輪螺旋槳客機包括：ATR 42/72、龐巴迪Dash 8 Q400、龐巴迪Dash 8 100/200/300系列、比奇1900、DHC-6雙水獺以及薩博340。公務機領域的代表機型有派珀PA-46 子午線、索卡達TBM、皮拉圖斯PC-12、前進商務飛機 P.180 Avanti和比奇空中國王，全球共計約14311架。

### 可靠性

渦輪螺旋槳飛機具有較高的可靠性。以澳洲運輸安全局2012–2016年的統計為例：統計的總飛行時長超過了140萬小時，其中觀察到年均約發生83起事件，其中僅少數涉及發動機故障或計劃外著陸，並造成輕微傷害。

## 現役發動機

以下是現役渦槳發動機表格：

製造商｜國家｜發動機型號｜乾重（千克）｜起飛功率（千瓦）｜主要應用機型

歐槳國際｜多國聯合｜TP400-D6｜1800｜8203｜空中巴士A400M

通用電氣｜美國｜CT7-5A｜365｜1294

通用電氣｜美國｜CT7-9｜365｜1447｜CASA/IPTN CN-235、Let L-610、薩博340、蘇霍伊Su-80

通用電氣｜美國 / 捷克｜H80系列｜200｜550–625｜Thrush Model 510、Let 410NG、Let L-410 Turbolet UVP-E、領航150、Nextant G90XT

通用電氣｜美國｜T64-P4D｜538｜2535｜G.222、德哈維蘭加拿大DHC-5水牛、川崎P-2J

霍尼韋爾｜美國｜TPE331系列｜150–275｜478–1650｜Aero/Rockwell Turbo Commander 680/690/840/960/1000、安東諾夫An-38、艾爾斯Thrush、捷流31/32、捷流41、CASA C-212 飛天車、塞斯納441 Conquest II、多尼爾228、MQ-9收割者、格魯曼Ag Cat、三菱MU-2、北美羅克韋爾OV-10野馬、派珀PA-42夏安、RUAG 228NG，肖特SC-7空中貨車、肖特巨嘴鳥、史威靈默林、費爾柴爾德梅特羅，HTT-40

霍尼韋爾｜美國｜LTP 101-700｜147｜522｜空中拖拉機 AT-302、比亞喬P.166

阿維亞科爾（ОАО Авиако́р）｜俄羅斯｜NK-12MV｜1900｜11033｜安東諾夫An-22、圖波列夫Tu-95、圖波列夫Tu-114

進步設計局｜烏克蘭｜TV3-117VMA-SB2｜560｜1864｜安東諾夫An-140

克里莫夫｜俄羅斯｜TV7-117S｜530｜2100｜伊爾-112、伊爾-114

伊夫琴科-進步設計局｜烏克蘭｜AI20M｜1040｜2940｜安東諾夫An-12、安東諾夫An-32、伊爾-18

伊夫琴科-進步設計局｜烏克蘭｜AI24T｜600｜1880｜安東諾夫An-24、安東諾夫An-26、安東諾夫An-30

LHTEC｜美國｜LHTEC T800｜517｜2013｜艾爾斯 LM200 Loadmaster（未投產）

鄂木斯克發動機製造設計局｜俄羅斯｜TVD-20｜240｜1081｜安東諾夫An-3、安東諾夫An-38

普惠｜加拿大｜PT-6系列｜149–260｜430–1500｜空中拖拉機AT-502，空中拖拉機AT-602、空中拖拉機AT-802、比奇99、比奇空中國王、比奇超級空中國王、比奇1900、T-6德州人II、塞斯納208、塞斯納425、德哈維蘭加拿大DHC-6、運-12、巴西航空工業EMB 110、Let L-410、P.180 Avanti、皮拉圖斯PC-6、皮拉圖斯PC-12、派珀PA-42、派珀PA-46-500TP馬利布·子午線、肖特360、索卡達TBM700、索卡達TBM850、索卡達TBM900、A-29超級巨嘴鳥

普惠｜加拿大｜PW120｜418｜1491｜ATR 42-300/320

普惠｜加拿大｜PW121｜425｜1603｜ATR 42-300/320、龐巴迪Dash 8 Q100

普惠｜加拿大｜PW123 C/D｜450｜1603｜龐巴迪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｜龐巴迪Dash 8 Q400

波蘭國家航空工廠（PZL）｜波蘭｜TWD-10B｜230｜754｜PZL M28

雷賓斯克｜俄羅斯｜TVD-1500S｜240｜1044｜蘇霍伊Su-80

雷賓斯克｜俄羅斯｜TVD-1500V｜220｜1156

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜達特 Mk 536｜569｜1700｜HS 748、福克F27、維克斯子爵

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜泰恩 21｜1085｜4500｜G.222，布雷蓋1150大西洋，C-160

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜250-B17｜88.4｜313｜富士T-7、Britten-Norman渦輪 Islander、O&N 塞斯納210、Soloy 塞斯納206、Propjet 比奇富豪

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜AllisonT56｜828–880｜3424–3910｜P-3獵戶座、E-2鷹眼、C-2灰狗、C-130大力神

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜AE2100A｜715.8｜3095｜薩博2000

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜AE2100J｜710｜3424｜新明和US-2

羅爾斯·羅伊斯｜英國｜AE2100D2、D3｜702｜3424｜C-27J斯巴達人、洛克希德·馬丁C-130J超級大力神

土星科研生產聯合體｜俄羅斯｜TAL-34-1｜178｜809

透博梅卡（賽峰直升機發動機公司）｜法國｜阿赫尤 1D｜111｜313｜TB 31 Omega

透博梅卡（賽峰直升機發動機公司）｜法國｜阿赫尤 2F｜103｜376

瓦爾特｜捷克｜M601系列｜200｜560｜Let L-410、Comp Air 10 XL、Comp Air 7、艾爾斯Thrush、多尼爾Do 28、Lancair Propjet、Let Z-37T、Let L-420、米亞西舍夫M-101T、PAC FU-24 Fletcher、Progress Rysachok、PZL-106渡鴉、PZL-130小鷹、SM-92T Turbo Finist

瓦爾特｜捷克｜M602A｜570｜1360｜Let L-610

瓦爾特｜捷克｜M602B｜480｜1500