【长知识】一台涡桨发动机是如何工作的，多图秒懂

导读：涡桨发动机结合了喷气机动力的可靠性，同时有兼具螺旋桨的高效率，能够为飞机从低海拔到中海拔提供优良的动力性能。涡桨发动机适用于安全、高效的区域航行，适用于50多座的通航客机和小型飞机，那他们是如何工作的呢。

在所有的涡桨发动机中，最受欢迎的是加拿大普惠公司的PT6系列发动机，自该发动机在20世纪60年代投入使用以来，已经生产了超过41,000台PT6A发动机，累计飞行时间超过3.35亿小时。PT6发动机经过不断的改进和该型，该系列型号高达69型，功率范围覆盖从500轴马力（SHP）到超过2,000轴马力。虽然并非所有的涡桨发动机都与PT6发动机完全相同，但是它们都遵循相同的基本概念，由于PT6系列发动机的广泛应用，它是一个很好的例子。

逆流进气

与涡扇或涡喷飞机不同，外部空气进入涡桨发动机是通过一种逆流的方式，如PT6发动机所示。

发动机的进气道位于螺旋桨的下方或旁边，气流向后进入发动机进气道，在到达进气道后面的极限时，空气转回180度向飞机前部流动。

除此之外，空气在到达燃烧室时再次反转方向2次，从而允许发动机的长度更短，更紧凑。

压缩

第一个压气机端是“轴向流动”，使用一系列翼型的旋转叶片来加速和压缩空气。它被称为轴流式压气机，因为空气沿平行于发动机轴的方向穿过发动机。当空气穿过压气机时，每组叶片都比前面要小，为空气增加了更多能量和压力。

每组压气机动叶之间还有称之为“静叶”的不动翼型叶片。这些静叶（也称为定子）通过将旋转能量转换成静压来增加空气的压力。静叶还调整空气流动进入下一组旋转叶片的角度，换句话说，它们可以拉直并稳定空气流动的方向。（网上曾有一个老外的视频，如果没有静子叶片，全是转子，当你用吹风机吹时，你会发现，只有前面的叶片动，后面的叶片并不动）

在通过轴流式压气机压缩之后，空气会进入一个离心式压气机，在该压气机段，空气向外抛出，远离发动机核心，流向燃烧室，空气的流向又旋转了90度。

燃烧

燃烧器是点火发生的地方，当空气离开压气机进入燃烧室后，它与燃料混合并被点燃。这听起来很简单，但实际上这是一个非常复杂的过程。这是因为燃烧器需要保持燃料/空气混合物的稳定，恒定燃烧，同时空气又以极快的速度通过燃烧室。

燃烧室的前段是一个扩散器（diffuser）用来减缓压气机过来的空气流动，使其更容易点燃。发动机头部（dome）和旋流器（swirler）增加了空气的湍流，使得空气可以更容易与燃料混合。正如您可能猜到的那样，燃油喷射器喷嘴（nozzles）将燃油喷射到空气中，形成可以点燃的燃料/空气混合物。在那里，火焰筒（liner）是实际燃烧发生的地方。火焰筒（liner）有几个入口，允许空气进入燃烧区的多个点。

点火器（igniters）是燃烧阶段的最后部分，它们与汽车或活塞发动机的火花塞非常相似。一旦点火器点燃火焰，然后火焰就会自我维持稳定燃烧，点火器将会关闭（尽管它经常在恶劣天气和结冰条件下用作备用）。

涡轮

一旦空气通过燃烧室，它就会流过涡轮，涡轮也是一系列的翼型叶片，与轴流式压气机的叶片非常相似。当高温的燃气高速的流过涡轮叶片时，它的热能被转换为机械能，带动核心机旋转，并带动与核心机轴链接的所有附件一起转动，大约有70%的发动机总功率将用于压气机和附件的驱动。

虽然涡轮可以以超过37,000rpm的速度旋转发动机轴的后部（压气机部分和发动机驱动的附件），但它却无法驱动螺旋桨。通常核心机后面还有一个完全独立的第二轴系用来驱动螺旋桨。

因此经过涡轮的气流接下来会进入发动机的动力涡轮，这些动力涡轮同样像核心机那样，具有翼型叶片，动力涡轮可以直连螺旋桨，为其提供旋转动力，大约30%的发动机总功率被用在PT6发动机中用来旋转螺旋桨。

动力涡轮

有趣的事实：因为PT6发动机是一种自由涡轮式涡桨发动机，理论上，你可以在发动机启动时，用手保持螺旋桨静止。因为旋转螺旋桨的唯一方法是通过动力涡轮，而动力涡轮与发动机的核心机是完全分开的，所以可以想象，在极低功率下，核心机出来的气流经过动力涡轮时，螺旋桨可以保持静止......但请不要在机场尝试。

减速齿轮箱

由于涡桨发动机的动力涡轮转速仍然可能高达大约33,000rpm，而大多数PT6发动机的螺旋桨的转速大约在1900rpm，因此需要安装一系列的减速齿轮。

下一个？你猜对了......推力。现在螺旋桨以合理的速度旋转，螺旋桨能够产生推力。

排气

一旦通过动力涡轮，废气就基本没有实际用途了，它只是从发动机转移出来并通过排气管排出。在某些飞机中，废气也可以产生一部分推力，但它通常只占总推力的百分之几。螺旋桨产生的推力仍然是主力。

涡桨飞机的好处

虽然涡桨发动机通常比涡扇或涡喷发动机飞机具有更低的服务天花板，但它们每位乘客的燃料燃烧明显更少。由于推进效率曲线，它们在速度低于400节（740.8km/h）时效率最高。虽然价格昂贵，但它们非常可靠。

这使得涡桨飞机成为相对较短的区域航班的完美动力引擎。这就是为什么你会在Dash-8-Q400，Cessna Caravan，Pilatus PC-12和Beechcraft King Air等飞机上找到它们的原因。即便与活塞发动机相比，涡桨发动机的运动部件相对较少，振动较小，因此非常可靠。更好的是......他们燃烧航空煤油，每加仑比航空汽油便宜一美元！

螺旋桨的简单目的是将发动机的制动马力转换为推力。就像翅膀一样，螺旋桨会加速其弧面上的气流。高速的空气导致螺旋桨前方的静压降低，使翼型向前拉。

螺旋桨直径

在理想情况下，可变直径螺旋桨效率最高，低空速直径大，高空速直径小。由于结构，控制和重量问题，可变直径螺旋桨是不实用的。相反，大多数螺旋桨的直径大小允许在慢速和空速运行之间产生“中间级快乐”。