涡桨飞机动力系统发展趋势

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1、涡桨飞机动力系统发展趋势【摘要】自第一台涡桨发动机研制成功，至今已有70年发展历程。从战斗机到民用机，涡桨飞机都体现了它不可替代的重要作用。本文通过分析、对比国内外涡桨飞机动力系统的发展历史及发展现状，整理出成功的发展经验及对未来涡桨飞机动力系统的发展趋势做出展望，以此为我国涡桨发动机的发展及航空发动机产业的快速发展提供理论参考。　　【关键词】涡桨飞机动力系统涡桨发动机发展历史发展趋势　　从20世纪60年代后期开始，随着涡扇发动机的迅猛发展，涡桨发动机在大型远程民用客机和运输机上逐步被大涵道比涡扇发动机取代，但是由于涡桨发动机的诸多优点：如在

2、低速情况下，其效率远高于涡扇发动机和喷气式发动机，安全性高、对飞机场要求低、成本低等，所以仍然在中小型运输机和通用飞机上得到广泛应用。尤其是近年来，由于油价飙升，涡桨飞机的经济性更突出其优势，同时，随着涡桨飞机动力系统的设计、制造技术水平的发展，涡桨飞机在高亚声速飞行时的推进效率大大提高，重新受到军用及民用市场的青睐，得到了进一步的长足发展。　　1基本概念和特点　　1.1基本概念　　目前，飞机主要动力有三类涡桨式、涡轮喷气式及涡轮螺旋桨式。这三类发动机原理及技术平台大致相同，均是靠燃气推动涡轮叶片使空气加压燃烧，其主要区别在于推力产生的方式不

3、同。涡桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率，而尾部管喷出的燃气推力极小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋桨，涡轮级数一般为2-6级。涡桨飞机的航速一般小于900Km/h，普遍应用于支线飞机及通用飞机领域（ATR、庞巴迪、新舟系列等）。涡桨飞机的动力系统分为两部分：发动机和螺旋桨，螺旋桨包括桨叶、桨毂、防冰系统和操纵系统。涡桨发动机如图1所示。　　1.2特点和优势　　燃油消耗率低：适用于中速长距离飞行。旅客机、运输机、海岸巡逻机和反潜机大多为涡轮螺旋桨飞机。涡桨发动机相比涡喷涡扇寿命长：运输机飞行状态平稳，不做特技飞行，且起降次

4、数少，多用涡桨发动机的巡航状态，因而其零部件的应力变化频率小，不易出现疲劳损伤。如阿依-20M涡桨发动机翻修寿命为4000多小时，而涡喷-13仅为200小时，AL-311F仅为300小时。更为环保：其有较低的燃气排放温度可以大幅度的降低产生，及减小噪声排放、红外线辐射。此外涡桨式民用飞机与涡扇飞机相比，更为经济，安全。涡桨发动机结构简单，易于制造与维护；在使用方面，在500-600公里航线上，涡桨飞机每座运营成本比涡喷飞机低35%。除此之外，涡桨飞机不但可以在标准的水泥跑道上起降外，还能在土跑道，砂石跑道、草地机场及有雪覆盖的跑道上起降，更为

5、安全可靠。　　2我国涡桨发动机发展历史　　中国涡桨发动机的研制是从测绘仿制开始。1965年株洲航空发动机厂开始试制WJ5（仿AN-24），其起飞当量功率1874kW，1年后完成100h试车，1968年转由哈尔滨航空发动机厂继续研制，在1977年1月定型，投入批生产。后来哈尔滨航空发动机厂又与沈阳发动机设计研究所等单位合作，在WJ5发动机基础上改进改型，设计出WJ5甲发动机，在1980年1月设计定型，起飞功率提高到2315kW，装在四发飞机水轰5上。在WJ5甲发动机基础上又改型WJ5甲Ⅰ，以满足支线客机Y7的需求。　　与WJ5发动机研制同时，海

6、军于1969年8月提出研制涡桨型发动机作为水轰5（SH-5）飞机动力装置的任务。经论证，决定在WJ5发动机基础上重新设计涡轮部件，改型后的发动机编号为涡桨5甲（WJ5A），起飞状态的当量功率提高442kW。1978年通过设计定型鉴定试验，次年完成发动机性能试飞，1980年初经航定委批准WJ5A发动机设计定型，装用WJ5A发动机的SH-5飞机于1985年投入使用。研制阶段生产了10台发动机用于台架试验和试飞，台架试验约2050h。　　由于WJ5发动机在高温、高原环境条件下起飞功率不足，影响Y7飞机在高温、高原地区使用。为改善Y7飞机的性能，在Y

7、7飞机换发论证会上决定研制WJ5AI发动机取代WJ5发动机作为Y7飞机的动力装置。WJ5AI发动机的主要特点是将WJ5A降低起飞功率使用，同时吸收WJ5发动机在研制、生产和使用过程中所进行的设计改进成果，从而提高发动机工作可靠性、延长工作寿命，而且WJ5AI发动机的温度特性有了明显改善。WJ5AI的改型工作是从1979年底开始，1982年7月通过中国民航总局、空军、海军和航空工业部组织的技术鉴【摘要】自第一台涡桨发动机研制成功，至今已有70年发展历程。从战斗机到民用机，涡桨飞机都体现了它不可替代的重要作用。本文通过分析、对比国内外涡桨飞机动力

8、系统的发展历史及发展现状，整理出成功的发展经验及对未来涡桨飞机动力系统的发展趋势做出展望，以此为我国涡桨发动机的发展及航空发动机产业的快速发展提供理论参考。　　【关