發動機軸的案例
氣動仿真助推渦軸發動機型號研制全面加速
同時，新材料、新工藝的發展，以及適航性、安全性要求等均對渦軸發動機的性能仿真提出了新挑戰，例如，內部流動的尺度效應明顯，邊界層三維效應強，小尺寸流動湍流邊界層厚度甚至接近流動尺度，黏性力影響大，壁面摩擦和熱交換現象均更劇烈；氣流折轉多，內部流場的畸變和損失控制難度大；渦軸發動機最常見的裝機位置是在直升機旋翼下方，旋翼的下洗氣流會誘發發動機喘振和左右發功率不平衡等問題。
此外，渦軸發動機仿真還面臨著逆壓梯度大、流動三維效應和轉靜子干涉明顯、流動耦合互相關效應強、內流氣體物理特性變化大、存在氣/液/固三項流耦合情況等發動機仿真的共性問題，這些問題均給渦軸發動機的流動模擬精度的提升帶來了挑戰，獲得高精度性能仿真結果的難度極大。因此，如何準確模擬渦軸發動機典型部件和附屬系統內部的流動現象，以提高性能仿真的精度和可靠性，一直以來都是渦軸發動機仿真研究的重中之重。
葉輪機流場/性能仿真
與一般航空發動機類似，渦軸發動機葉輪機氣動仿真主要包括壓氣機和渦輪的氣動仿真，是渦軸發動機仿真工作的重點。動研所通過相關研究工作，使得仿真的精度和可信度已滿足工程研制需要，為加速渦軸發動機研制提供了強有力的支撐。
采用S2流面計算分析與規范化的雷諾平均方程（RAN-S）方法，對壓氣機、渦輪開展常規的設計分析與迭代優化工作，可以在較短時間內以較低成本提供葉輪力學性能數據及對應的詳細流場細節，從而能在數天時間內完成方案設計與性能分析工作，加速渦軸發動機設計過程，如圖2所示。
展開 大涵道比分排渦扇發動機渦輪軸斷裂過渡態性能仿真
在小涵道比混排渦扇發動機地面起飛狀態，高壓軸斷裂后不超過0.12 s的時間內，渦輪前溫度就超過其最高限制溫度，但大涵道比分排渦扇發動機高壓軸斷裂后短時間內基本不會出現超溫現象，主要原因是大涵道比分排渦扇發動機風扇的做功能力受高壓軸斷裂的影響較小，在高壓軸斷裂后仍能維持較強做功能力，導致風扇的空氣流量下降程度小于小涵道比混排渦扇發動機，在燃油流量不變的情況下，燃燒室溫升自然較小；同時大涵道比分排渦扇發動機模型的燃油流量、油氣比和燃燒室出口溫度本身較小涵道比混排渦扇發動機模型的更低，且從渦輪軸斷裂后到發生首個危害事件的時間較短，所以在壓氣機喘振、渦輪轉子超轉等繼發性危險事件發生前，渦輪前溫度上升幅度沒有小涵道比混排渦扇發動機快。
3 結 論
本文建立了大涵道比分排渦扇發動機低壓軸斷裂和高壓軸斷裂條件下過渡態共同工作方程，分別分析了低壓軸斷裂和高壓軸斷裂后整機氣路參數的瞬態響應，結果表明：不同種類的發動機、不同的軸斷裂形式、不同的工作狀態均會對軸斷裂條件下發動機性能響應產生影響。基于本文的仿真算例，可以得到如下結論：
1） 對于大涵道比分排渦扇發動機，在巡航和地面起飛狀態下高壓渦輪軸斷裂時最先發生的危險均是中壓壓氣機喘振，低壓渦輪軸斷裂時最先發生的危險均是低壓渦輪達到其破裂轉速，因此低壓軸斷裂所帶來的危害大于高壓軸斷裂所帶來的危害，在主被動安全設計中應謹防低壓軸斷裂后渦輪超轉所帶來的危害事故。
2） 低壓軸斷裂時，低壓轉子喘振裕度增加，高壓轉子喘振裕度減小，但一般不會引發高壓壓氣機喘振。高壓軸斷裂時，高壓轉子喘振裕度增加，低壓轉子喘振裕度減小。
3） 大涵道比分排渦扇發動機渦輪軸斷裂后，在壓氣機喘振、渦輪轉子超轉等繼發性危險事件發生前，一般不會造成渦輪前溫度超溫的危險。
展開 全國產10-13噸大中型直升機1600kw渦軸發動機
2017年9月14日，第四屆中國天津國際直升機博覽會開幕，在中國航發的展臺上展出一款1600KW級渦軸發動機。該機借鑒國內外研制經驗結合國內工業現狀，立足國內成熟材料和工藝水平，完全獨立自主研發的先進渦軸發動機。這款發動機性能水平與當代國際同等功率等級在役渦軸發動機水平相當，功率等級和結構安裝性可滿足大、中型直升機對動力的需求。
全國產10-13噸大中型直升機1600kw渦軸發動機
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GE宣布在美陸軍新型渦軸發動機項目ITEP競爭中獲勝
霍尼韋爾公司更是制造過大功率4,800軸馬力T55渦輪軸，目前該渦軸發動機為美陸軍數百架CH-47和MH-47“支奴干”重型直升機提供動力。
戰略與國際研究中心學者Gabriel Coll則認為GE獲勝的秘訣在于其推出的單軸方案簡單有效，Coll表示：“現役的黑鷹和阿帕奇直升機動力T700也是單軸結構，只有一個壓氣機和渦輪，而T901發動機的方案更加成熟可靠。而ATEC公司的T900發動機采用雙軸結構，顯然增加了復雜性和重量，這在直升機上顯得不合需求。”
不過值得指出的是，ATEC公司采用雙軸結構并非毫無好處，由于是雙軸結構，每組壓氣機-渦輪都可以運行在最佳轉速下，它可以隨著直升機的飛行操縱，采用復雜的軟件來改變發動機的功率變化，實現最高效率和最小磨損。普惠和霍尼韋爾公司聲稱他們的雙軸T900發動機燃油效率有潛力比同等單軸發動機還要提升4%，持續時間延長10%，并且利潤率提高10%。
T901發動機總體結構方案
當然，GE公司顯然不同意這一說法，GE表示說他們也探索了雙軸設計并拒絕它，原因是該方案會導致發動機太沉重和難以維護，特別是在崎嶇的前線條件下。至于潛在的未來增長，GE指出其在T700發動機上的記錄，從1973年的1,500馬力到今天的2,750以上，單軸設計同樣可以不斷衍生和改進性能80%。
“你甚至可以對三軸結構進行論證。”GE公司工程師Aboulafia聳了聳肩。他指出，英國羅羅公司就生產三軸渦扇發動機，但這真的取決于動力的使命和客戶想要的東西。
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飛機“心臟”渦軸發動機到底有多精密？
這是大型渦扇發動機的風扇葉盤，一片片葉片安裝在盤轂上，損壞后只要單獨更換，葉片間通過加強凸肩連在一起，能增加葉盤的整體強度。
4級低壓壓氣機。
第一級壓氣機的葉片也具有類似的凸肩。
葉片通過凸肩緊緊抵在一起。
密集的10級高壓壓氣機。
發動機的傳動箱。
渦扇發動機殼體。
高壓壓氣機。
著名的TV2-117渦軸發動機，1959年由克里莫夫設計局開始研制，1965年投產后一直持續生產到1997年，總產量約23000臺，總運行時間超過100萬小時。
TV2-117安裝在了MI-8河馬系列直升機上，10級壓氣機的前三級葉片可調。發動機有兩級壓氣機渦輪和驅動負載的兩級自由渦輪。照片所示是發動機的進氣口。
TV2-117的壓氣機。發動機起飛功率1500馬力，此時油耗為0.310千克每小時每馬力。
隱藏在尾噴管中的輸出軸。
尾噴管細節。
展開 【電動飛機】Zunum選擇賽峰渦軸發動機作為其混合動力支線飛機發電系統的核心
賽峰將為波音投資、位于西雅圖的初創企業Zunum航空混合電動小型支線飛機提供渦輪發動機作為核心發電系統。在雙方達成的長期協議中，賽峰直升機發動機公司將為Zunum公司的12座、航程700英里ZA10飛機開發發電系統。該發電系統的核心是基于1700-2000軸馬力的阿蒂丹3渦軸發動機的改進型——阿蒂丹3Z。
改進的阿蒂丹3Z發動機作為發電功率達到500千瓦的發電系統的基礎，與飛機的電池包一起驅動兩臺500千瓦電動涵道風扇產生動力。賽峰將把阿蒂丹發動機和Zunum選取的發電機組合起來，計劃于2019年中以前在法國進行地面測試，后將該500千瓦渦輪發電系統交付給Zunum裝入其飛行測試平臺（FTB）。
Zunum航空的聯合創始人、首席技術官馬特·可耐普稱：“我們與賽峰合作了九個月，他們對支線航空市場充滿信心，并且理解直升機在支線航空市場是行不通的。”Zunum將開發新型的發動機（阿蒂丹最初于2013年取證），并希望獲取渦軸發動機而不是渦槳發動機。可耐普稱：“直升機發動機更短、更集成，傳動軸從冷端出來后更加容易啟動發電機。”
賽峰將對阿蒂丹發動機進行修改以滿足Zunum的需求后進行重新取證。可耐普稱：“對發動機的修改主要是關于成本而并非性能。” Zunum同時也在開發推進電機和涵道風扇，并計劃在年底前完成發電機選型。
阿蒂丹3Z與現有直升機發動機的不同之處在于其將在最佳工作點持續運行，燃油消耗最低，生命周期最長。集成了先進材料和生命周期管理技術，延長了關鍵部件的壽命，降低運營成本。
Zunum航空從2017年4月出現在大眾視野，由波音的HorizonX和捷藍（JetBlue）技術投資。發動機選型是該公司的里程碑節點。可耐普稱：“發動機是直接運營成本的重要組成部分，事關我們生死存亡。”
展開 干貨丨圖文動畫解析航空發動機的類型及原理
隨著直升機的普及和其先進性能的體現，渦輪軸發動機逐漸被視為單獨的一種噴氣發動機。
在1950年時，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)渦輪軸發動機。該發動機只有一級離心式葉輪壓氣機，有兩級渦輪的輸出軸，功率達到了206千瓦(280軸馬力)，成為世界上第一臺實用的直升機渦輪軸發動機。首先裝用這種發動機的是美國貝爾直升機公司生產的Bell47(編號為XH-13F)，1954年該機首飛。到了50年代中期，渦輪軸發動機開始為直升機設計者所大量采用。
渦輪軸發動機的原理：渦輪軸發動機與渦輪螺旋槳發動機相似，曾經被劃入同一分類。它們都由渦輪噴氣發動機演變而來，渦槳發動機驅動螺旋槳，渦輪軸發動機則驅動直升機的旋翼軸獲得升力和氣動控制力。當然渦輪軸發動機也有自己的特色：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發動機一般沒有自由渦輪。
渦輪軸發動機具有渦輪噴氣發動機的大部分特點，也有著進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等基本組件。其特有的自由渦輪位于燃燒室后方，高能燃氣對自由渦輪作功，通過傳動軸、減速器等帶動直升機的旋翼旋轉，從而升空飛行。自由渦輪并不像其他渦輪那樣要帶動壓氣機，它專門用于輸出功率，類似于汽輪機。做功后排出的燃氣，經尾噴管噴出，能量已經不大，產生的推力很小，包含的推力大約僅占總推力的十分之一左右。因此，為了適應直升機機體結構的需要，渦輪軸發動機噴口可靈活安排，可以向上，向下或向兩側，而不一定要向后。盡管渦輪軸發動機內，帶動壓氣機的燃氣發生器渦輪與自由渦輪并不機械互聯，但氣動上有著密切聯系。對這兩種渦輪，在氣體熱能分配上，需要隨飛行條件的改變而適當調整，從而取得發動機性能與直升機旋翼性能的最優組合。
展開 曲面測量工具|白光干涉儀五軸全自動測量發動機葉片
葉片作為發動機的核心部件，制造工藝復雜，科技含量高，在研發過程中遇到的難題很多。可以說發動機的性能很大程度上取決于葉片型面的設計和制造水平。其中航空發動機葉片是典型的自由曲面零件，它的曲線形狀、制造精度和質量直接決定了發動機的推進效率大小和安全。
一個發動機上有很多葉片，每一個圓盤上大概有30多個葉片，如果葉片的形狀和尺寸不能夠保證，那么在發動機高速運轉時是非常危險的。所以對于葉片的型面和幾何尺寸檢測也是非常重要的，但是就葉片的形狀來說常規測量方法很難進行測量。
白光干涉儀作為一款超高精度的光學3D輪廓儀，一直在超精密加工領域有著廣泛的應用，在大部分的應用場景中，都是采用標準的白光干涉儀機型測量平面類型零件的表面粗糙度，而在一些特殊行業及領域，針對一些有著曲面特征的零部件，如何解決其形狀不規則裝夾不便、測量點分布不在同一個面、單次測量效率低的問題，成為了一個難題。
針對葉片類曲面零部件，白光干涉儀能夠在空間范圍內實現曲面全自動測量功能，能夠解決上述多個測量難題。
白光干涉儀特點：
1）可在測量軟件中直接加載生成零部件的3D模型；
2）根據3D模型可在零部件不同曲面上選擇多個測量點位并生成模板；
3）軟件能夠快速完成上述多個點位的自動測量并直接獲取分析數據；
中圖儀器白光干涉儀測量發動機葉片大空間自由曲面
展開 航空發動機領域“重災區”！造航發不能只盯渦扇，渦槳也很弱！
對于各種飛機來說，困擾國人多年的是航發問題，總是難以研制出高性能的發動機是我們的一塊心病。飛機的速度，起飛以及機動都對飛機發動機有著比較高的技術要求，因此把發動機稱謂飛機的心臟是絕對正確的。雖然我國在發動機技術上暫時還趕不上西方國家，還沒有取得同樣令人振奮的成就，但也在逐漸看到隧道的盡頭，勝利就在眼前。和我國目前層出不窮的各種飛機比起來，本來應該先行一步的發動機遜色許多。飛機發動機一般分為渦扇發動機、渦軸發動機以及渦槳發動機，我們一般經常聽到的就是渦扇發動機。比如殲-20戰機所使用的渦扇-10，運-20大型運輸機使用的渦扇-20。
而之所以大家對渦扇發動機比較熟悉是和國家側重點不同有很大關系的。戰斗機是國之重器，沒有戰斗機就沒有制空權，所以戰斗機發動機的研發自然優先，戰斗機使用的就是渦扇發動機。直升機使用的是渦軸發動機，近些年隨著國家對各種武裝直升機研制的傾斜，渦軸發動機也取得了一些突破。與渦扇發動機和渦軸發動機比起來，渦槳發動機是我國目前航空發動機領域最空白的一個項目，簡直就是中國航空航天的重災區。渦槳飛機也就是螺旋槳飛機，而螺旋槳可由渦槳發動機或者活塞式發動機驅動，渦槳比活塞式的重量輕、功率大、升限高、運轉平穩，所以許多大型運輸機都采用渦槳，像美國C-130大力神運輸機。活塞式通常只用于小功率場合，比較常見的就是民用的救援，救災飛機，偏小型化。和噴氣式飛機比起來，雖然渦槳飛機速度慢，噪聲大，但是省油、起飛著陸距離短，在不少場合具有獨特的優越性。比較具有代表性的就是美國C-130運輸機，由于是渦槳發動機所以飛起要求特別低，甚至沙地土地都可以，只要距離不是特別短，起飛都不是太大的問題。在一些條件不太好的戰場，這種以渦槳驅動的飛機解決了很大的問題。
展開 央視披露直10研制艱辛 昌飛職工：終于能有飯吃了
另外，節目中也透露，中國航發已經明確了下一步的方向，要搞出達到國際一流水平的大功率渦軸發動機，這也意味著中國未來的直升機將有更加澎湃的動力。
中烏航空動力合作亮相航展 4款先進航發首次登場
【馬達西奇公司簡介】
馬達西奇股份公司是目前烏克蘭著名的先進航空發動機生產、使用監測和維修企業，被譽為“動力沙皇”。
公司始建于 1907年，生產的發動機用于“安”、“雅克”、“圖”系列飛機和“米”、“卡”系列直升機，同時也生產地面用動力設備。公司累計生產了幾萬臺不同用途的航空發動機，在世界上的100多個國家得到了應用。近十幾年來，公司生產的新型發動機及改型多達55種，其中AI-322系列渦扇發動機、D-436系列渦扇發動機、D-18T渦扇發動機、TV3-117系列渦軸發動機、D-136渦軸發動機和D-27槳扇發動機等均是烏克蘭航空發動機工業的拳頭產品。2015年，馬達西奇與天驕航空建立了合作伙伴關系，開展全面合作。
來源：環球網
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飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢？
飛機螺旋槳在發動機驅動下高速旋轉，從而產生拉力，牽拉飛機向前飛行。這是人們的常識。可是，有人認為螺旋槳的拉力是由于螺旋槳旋轉時槳葉把前面的空氣吸入并向后排，用氣流的反作用力拉動飛機向前飛行的，這種認識是不對的。 那么，飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢？如果大家仔細觀察，會看到飛機的螺旋槳結構很特殊，如圖所示，單支槳葉為細長而又帶有扭角的翼形葉片，槳葉的扭角（槳葉角）相當于飛機機翼的迎角，但槳葉角為槳尖與旋轉平面呈平行逐步向槳根變化的扭角。
雙槳葉螺旋槳
槳葉的剖面形狀與機翼的剖面形狀很相似，前槳面相當于機翼的上翼面，曲率較大，后槳面則相當于下翼面，曲率近乎平直，每支槳葉的前緣與發動機輸出軸旋轉方向一致，所以，飛機螺旋槳相當于一對豎直安裝的機翼。
槳葉在高速旋轉時，同時產生兩個力，一個是牽拉槳葉向前的空氣動力，一個是由槳葉扭角向后推動空氣產生的反作用力。
由于前槳面與后槳面的曲率不一樣，在槳葉旋轉時，氣流對曲率大的前槳面壓力小，而對曲線近于平直的后槳面壓力大，因此形成了前后槳面的壓力差，從而產生一個向前拉槳葉的空氣動力，這個力就是牽拉飛機向前飛行的動力。 另一個牽拉飛機的力，是由槳葉扭角向后推空氣時產生的反作用力而得來的。槳葉與發動機軸呈直角安裝，并有扭角，在槳葉旋轉時靠槳葉扭角把前方的空氣吸入，并給吸入的空氣加一個向后推的力。與此同時，氣流也給槳葉一個反作用力，這個反作用力也是牽拉飛機向前飛行的動力。
由槳葉異型曲面產生的空氣動力與槳葉扭角向后推空氣產生的反作用力是同時發生的，這兩個力的合力就是牽拉飛機向前飛行的總空氣動力。
展開 16張動圖講解航空發動機分類及原理，這次終于明白了！
從渦輪中流出的高溫高壓燃氣，在尾噴管中繼續膨脹，以高速沿發動機軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進入發動機的速度大得多，使發動機獲得了反作用的推力。
03 渦槳/渦軸發動機
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渦槳/渦軸發動機是在渦噴發動機誕生、成熟后，將活塞發動機渦輪化而研制發展的新型動力。渦槳發動機代替活塞螺旋槳發動機用于固定翼飛機，渦軸發動機代替活塞軸發動機用于旋翼直升機。
渦槳、渦軸發動機主機結構基本是一樣的，只是中間減速傳動系統和推進器不同，所以二者有較大的通用性，容易互相改型派生。
渦輪螺旋槳發動機，簡稱渦槳發動機，由螺旋槳和燃氣發生器組成，螺旋槳由渦輪帶動。由于螺旋槳的直徑較大，轉速要遠比渦輪低，只有大約1000轉/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內，需要在它們之間安裝一個減速器，將渦輪轉速降至十分之一左右后，才可驅動螺旋槳。
這種減速器的負荷重，結構復雜，制造成本高，它的重量一般相當于壓氣機和渦輪的總重，作為發動機整體的一個部件，減速器在設計、制造和試驗中占有相當重要的地位。
渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳后的空氣流就相當于渦輪風扇發動機的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發動機大很多，氣流量也遠大于內涵道，因此這種發動機實際上相當于一臺超大涵道比的渦輪風扇發動機。
由于涵道比大，渦輪螺旋槳發動機在低速下效率要高于渦輪風扇發動機，但受到螺旋槳效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小于900km/h。在中低速飛機或對低速性能有嚴格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機中的到廣泛應用。
來源：瘋狂機械控
展開 混合動力系統仍將是城市空中交通飛行器的首選？
霍尼韋爾公司就在今年的美國直升機展上發布了一款基于渦軸發動機的混合動力裝置。該裝置由HTS900 發動機驅動兩臺高功率密度的發電機，每臺發電機功率達200kW。
霍尼韋爾基于HTS900發動機的混合動力系統。
霍尼韋爾表示，采用了電池的混合動力裝置將比傳統的HTS900發動機減少30％~50％的碳排放，十分有利于VTOL飛行器在城市上空的飛行。除HTS900以外，相同的發電機也可以用于霍尼韋爾其他渦軸發動機產品。
據介紹，XTI公司的TriFan 600是首款選用這型混合動力裝置并投入使用的飛行器。
XTI公司的TriFan 600飛行器。
行業有力競爭者
除霍尼韋爾公司以外，其他公司也在這個領域進行投入。
貝爾公司在今年發布了eVTOL飛行器Nexus，該機采用了賽峰開發的混合動力系統（HEPS），裝有6個傾轉式涵道風扇，功率可達600kW，其渦輪發動機和電池系統安裝在后機身上部，為飛機提供混合動力。
貝爾公司Nexus飛行器及采用的賽峰的混合動力系統。
在2018年年中，賽峰開始測試100kW級的混合動力分布式推進系統，最近還公布了500kW級的電動機；并提供了一款基于改進型“阿蒂丹”3（Ardiden 3）渦軸發動機的混合動力系統，為Zunum公司的12座ZA10混合動力飛機提供動力。
賽峰的100kW級混合動力系統在進行地面測試。
在2018年英國范堡羅航展上，羅羅公司推出一種電動垂直起降（eVTOL）飛機，并為其配備基于M250發動機的混合動力系統。
展開 再來看看這款很有前途的發動機吧
希望中國航空發動機業界能由此像之前引進烏克蘭UGT-25000型燃氣輪機一樣抓住這次機會，一舉填補中國在三轉子航空發動機、重型渦軸發動機和槳扇發動機三個領域的空白，實現跨越式發展。
馬達西奇公司基于D-436核心機研制的D-136渦軸發動機。該發動機是著名的米-26重型直升機的配套動力裝置，最大功率為8500千瓦，雄踞世界第一。如果中國能掌握這款發動機，目前中俄正在聯合研制的重型直升機的動力系統就有了保障。
馬達西奇公司基于D-436核心機研制的D-27槳扇發動機。該發動機是目前世界上唯一一種投入實用的槳扇發動機（應用于安-70型運輸機）。值得一提的是，它還是蘇聯流產的雅克-44艦載固定翼預警機的配套發動機。該預警機原定裝備于烏里揚諾夫斯克號核動力航空母艦。
來源：觀察者網
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