候知健|国产预警机救命稻草，比E2D发动机构架先进一代以上：涡桨10( 三 )
前半部分的涡轮仍然承担原来的功能 ， 常被称为“燃气发生器涡轮” ， 或者简称“燃气涡轮”；它的工作职责 ， 就是带动压气机旋转、维持燃烧室的稳定燃烧并生成足够的燃气 。 燃气在首先分出10~15%的功率喂饱它以后 ， 再去推动分家的后一半涡轮 。
后半部分的涡轮不再与压气机固定 ， 因此称为“自由涡轮”——它的工作职责 ， 就是带着发动机的功率输出轴转动 ， 把发动机产生的主要动力传送出去 ， 因此也被称为动力涡轮 。
自由涡轮的的出现 ， 显著改善了涡桨/涡轴发动机的性能——尤其是发动机的启动速度要快得多 ， 油耗大幅度降低 。 
文章图片
图：自由涡轮+后输出轴结构的示意图
但涡轮的分家显然会带来一个问题——发动机内部形成了燃气发生器、自由涡轮两个转子结构 ， 只用一根轴就不够用了 。
因此最早的自由涡轮设计 ， 都选择了后输出轴设计——发动机里塞了前后两根轴 ， 楚河汉界、泾渭分明 ， 两根轴都可以轻易做的非常结实坚固 。
不过这么做的结果 ， 就是后面的那根轴要占很多额外的空间 ， 需要额外的一套支承和润滑系统 。 尺寸、重量、结构上的复杂程度 ， 就会很大程度上抵消自由涡轮带来的性能改善 。 
文章图片
图：T700发动机剖面 ， 此图机头朝左 。 动力涡轮（蓝箭头）连接传动轴穿越整个发动机、自成一个转子 ， 而燃气涡轮（红箭头）和压气机叶片（绿箭头）组成燃气发生器转子 ， 包裹在传动轴外面
文章图片
图：结合这个示意图更容易看明白些
文章图片
图：局部放大——T700的功率输出轴（黄框内部分） ， 是从燃气发生器转子（红框）的中心穿越过去的 ， 两者转速相互独立
此后随着技术的进步 ， 涡桨/涡轴发动机开始使用前输出轴设计——通过大轴套小轴的方式 ， 把后方自由涡轮转子的功率输出轴 ， 向前方穿越整个燃气发生器转子的中心 ， 一直伸出到发动机最前面去 。
前输出轴的设计 ， 使发动机以少数关键部件的设计/制造难度和成本急剧上升为代价 ， 获得了整体性能上的显著改善 。 自由涡轮带来的性能潜力 ， 在这种构架下得以接近全面发挥 。
注：涡桨/涡轴发动机 ， 对于怎么算有几个“转子” ， 即自由涡轮转子要不要单独陈述 ， 国内其实比较混乱 。 比如T-406/AE2100这样的构架 ， 就同时有“单转子+自由涡轮”、“双转子”两种分类描述 ， 都有权威专家使用——而且他们还在同一个单位 。
四：国内在90年代末期 ， 完成对先进涡桨/涡轴发动机的关键技术突破
自由涡轮/前输出轴的构架 ， 成为了第二代涡桨/涡轴发动机的核心特征 。 之后的第三代、第四代产品 ， 都是在这个大基础上 ， 采用更高性能的材料、部件——比如更耐高温的涡轮 ， 来实现整体性能的提升 。
中国的涡桨10发动机 ， 按代际划分的话 ， 应该属于第三代涡桨/涡轴发动机 。
国内的涡轴/涡桨发动机和减速器方面的研发起步相当晚 ， 真正的自主研制能力其实是改开之后 ， 从海豚项目引进开始 ， 师从法国 ， 逐步在各种引进/仿制发动机的改进、自主型号的发展中培育起来的 。 
文章图片
图：伴随海豚直升机引进的阿赫耶发动机项目 ， 使国内第一次接触到自由涡轮设计
其中自由涡轮/前输出轴构架的关键——薄壁、柔性的空心轴 ， 由于难度非常大 ， 国内的核心技术突破是90年代末期开始的 ， 到基本全面掌握至今不足十年 。 
文章图片
比如T700的功率输出轴 ， 是一根柔性的空心轴 ， 内径24毫米、外径29毫米 ， 长度1米 。 这根壁厚2.5毫米的钢管 ， 在正常工作状态下 ， 要以超过20000转/分的额定转速 ， 传递近1500千瓦的功率 。
在达到额定转速的过程中 ， 这根轴要超越两次变形临界点 。 光是保障它的动平衡 ， 不让整个发动机故障于、甚至毁于失衡带来的强烈振动 ， 就是极其棘手的难题 。
国内现在至少有两个发动机型号 ， 都采用了这种架构：一个是中法合作的涡轴-16 ， 一个是设计上对标T700家族的涡轴10 。
现阶段从基本能力而言 ， 国内开发一款自由涡轮/前输出轴的4000千瓦级先进涡桨发动机 ， 基本的能力基础应该是具备了的 。
五：涡桨10是“双转子+自由涡轮”、“三轴”构架的可能性很低
自由涡轮类的涡桨/轴机还有更复杂的多转子结构 ， 也就是燃气发生器部分又继续分工 ， 按照高压/低压部分再细分为两个转子 ， 形成''2+1''的结构 。 
推荐阅读
- 北京日报|国内首个国产大飞机交付中心建成，位于南昌航空城核心区域
- 韭菜分析科技|打破垄断挤进全球前三，业绩营收稳定增长，国产存储芯片龙头股
- 木木讲军事|多名中国工程师千里驰援，确保恢复战力，9架国产战机在非洲趴窝
- 大国前沿|不尊重对手，就连俄军专家都看不下去，北约公布首艘国产航母代号
- |2029亿债务压顶！国产芯片之光能否续写传奇？
- 在十字路口等等你|但仍有不小的差距，国产航母战斗力有多大提升？处于世界先进水平
- 雄哥看事|验证国产无人机的时候到了！，巴方对印度猛烈炮轰
- 纵深观察|16名中国工程师千里驰援，确保恢复战力，9架国产战机在非洲趴窝
- 财料|靠洗脑广告大卖，如今创始人已套现离场，国产“神药”骗局曝光
- 销量|连续被特斯拉碾压的国产车终于成功反击，五菱宏光月销超2万