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( 四 )
文章图片
图：喷气式发动机不需要功率额外的输出轴 ， 双燃气发生器转子也只要两根轴 ， 因此成为了主流设计 。 通常来说 ， 是压气机的后几级和涡轮的前几级组成高压转子 ， 直径小、压力大、转速高；而压气机的前几级和涡轮的后几级组成低压转子 ， 直径大、压力小、转速低 ， 低压转子的轴从高压转子中间穿过
文章图片
图：三转子需要三轴内外镶套
文章图片
图：喷气式发动机中 ， 少数型号采用了高压（蓝紫色）、中压（棕色）、低压（墨绿色）的三转子结构 。 如果涡桨发动机采用''双转子+自由涡轮''设计 ， 则其轴系设计会变得与三转子的喷气式发动机更类似 ， 而且实现难度更高
但是这种设计 ， 实际上就形成了三个转子 ， 需要三根轴套在一块；设计、制造、装配上的难度又要显著提升 。 对于中国 ， 这种构架存在两个方面的显著问题：
1、这种设计的性价比 ， 随着发动机的尺寸和推力级别增加而增加 ， 更适合大型发动机使用 。 比如欧洲A400M运输机上的TP400-D6 ， 这是个最大功率超过9698千瓦的型号 ， 多转子设计带来的效率提升是非常明显的 。 
文章图片
文章图片
图：TP400-D6 ， 属于大功率涡桨
涡桨10发动机定位在4000千瓦级别 ， 对多转子设计的应用上比较尴尬——性能提升前景是有的 ， 但并不是特别大；从整个型号的费用等方面看 ， 三转子设计没有显著优势 。
因此在整个国际上 ， 2000-4000千瓦的级别范围内 ， 三转子涡桨/涡轴机设计都是比较少见的非主流选择 。 而且历史上讲 ， 国内重点参考的、国外主要技术伙伴擅长的设计类型中 ， 都从来不包括它 。 
文章图片
图：罗尔斯罗伊斯的宝石涡轴发动机采用了少见的三轴、前输出轴设计 。 仔细观察结构示意 ， 它是内外三根轴套一起的 。 这类三轴机的通病是 ， 轴系非常复杂 ， 但在性能上并没有形成显著优势 ， 设计和制造上的额外成本得到的回报很低 。 该机后来被罗尔斯罗伊斯放弃发展 ， 取代该机的是罗罗与霍尼韦尔联合开发的T800双轴机 。 
文章图片
图：宝石的三轴设计 ， 右侧绿箭头所指是两级动力涡轮 ， 它在后方带动贯穿整个发动机的功率输出轴（左侧绿圈和绿箭头所指） ， 伸出到发动机最前方连接减速器 。 红箭头所指 ， 是高压压气机（左侧 ， 离心式叶片 ， 一级）与高压燃气涡轮（右侧） ， 它们共用一根高压涡轮轴 。 蓝箭头所指 ， 是低压压气机（左侧 ， 轴流式叶片 ， 四级）与低压涡轮 ， 它们共用一根中传动轴 。
2、国内航发的基础能力依然和西方国家有较大差距 ， 特别是涡桨/轴机领域 。 因为对复杂轴系的设计并没有太多的经验积累 ， 贸然上马三轴方案 ， 风险很大、难度和成本高 ， 性能还未必好——前苏联的D-136发动机（还是较简单的后输出轴布局）在这一方面就是前车之鉴 。
虽然涡桨10设计单位的副总师曾经公开在论文中表态 ， 认为2k千瓦以上级别的涡桨/涡轴机 ， 远期发展趋势是“2+1”的三轴结构；但笔者个人判断 ， 涡桨10采用这种设计的概率非常低 。
2、整体设计上的优化
除了上述最为显眼的设计方向改变之外 ， 没有那么显眼、但重要程度完全不低的关键 ， 还在于整体设计上的优化 。 下面简单举两个例子 ， 叶片级数减少、发动机进气道缩短：
a：T56和涡桨6的基本设计都非常早 ， 因此要达到相同的性能（压缩空气、从燃气中提取动力的效率） ， 需要更多级数的叶片/涡轮才能实现 。
T56拥有多达14级压气机叶片 ， 最终的气动效率很高；涡桨6拥有10级压气机叶片 ， 结构更简单、制造更容易 ， 但气动效率就要低不少 。 
文章图片
图：T56发动机的14级压气机设计
文章图片
图：AI-20发动机的10级压气机叶片
现在设计的新型发动机 ， 可以在同样的性能指标要求下 ， 显著减少叶片的级数 ， 有效减少发动机的全长、重量、造价 。
涡桨10的压气机级数 ， 大概率要少于T56及其后裔家族的14级设计；具体的级数难以判定 ， 应该介于10-13级之间、更偏向10级左右 。 
文章图片
图：T56发动机的定轴式4级涡轮
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