在工作和構造上，渦輪軸發動機同渦輪螺槳發動機根相近。它們都是由渦輪風扇發動機的原理演變而來，只不過后者將風扇變成了螺旋槳，而前者將風扇變成了直升機的旋翼。除此之外，渦輪軸發動機也有自己的特點：它一般裝有自由渦輪（即不帶動壓氣機，專為輸出功率用的渦輪），而且主要用在直升機和垂直/短距起落飛機上。
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、減速機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。
參照渦輪風扇發動機理論，渦輪軸發動機帶動的旋翼的直徑應該越大越好。因為同一個的核心發動機，所配合的旋翼直徑越大，在旋翼上所產生的升力就越大。但能量轉換過程總是有損耗的，旋翼限于材料品質也不可能太大，所以旋翼的直徑是有限制的。以目前的水平計算，旋翼驅動的空氣流量一般是渦輪軸發動機內空氣流量的500到1000倍。
直升機飛得沒有固定翼飛機快，最大平飛速度通常在350千米/小時以下，因此渦輪軸發動機的進氣口設計也較為靈活。通常把內流進氣道設計為收斂形，驅使氣流在收斂時加速流動，令流場更加均勻。進口唇邊呈流線形，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機的穩定工作。此外，由于直升機飛得離地面較近，一般必須去除進氣中雜質，通常都有粒子分離器。粒子分離器可以與進氣道設計成一體。分離器設計為一定尾旋形狀，利用慣性力場，使進氣中的砂粒因為質量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過分流排出進氣道之外。
盡管渦輪軸發動機排氣能量不高，但對于敵方紅外探測裝置來說仍然是相當客觀的目標。發動機排氣是直升機主要熱輻射源之一。作戰直升機必須減小自身熱輻射強度，要采用紅外抑制技術。一方面，要設法降低發動機外露熱部件的表面溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入并混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特征。先進的紅外抑制技術通常將排氣裝置、冷卻空氣道以及發動機的安裝位置作為完整、有效的系統進行設計制造。
壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式結構簡單、工作較穩定。渦輪軸發動機從純軸流式開始，發展了單級離心、雙級離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機，歷經多次變革。目前渦輪軸發動機一般采用若干級軸流加一級離心構成組合壓氣機，兼有兩者的優點。國產渦軸-6、渦軸8(WZ8)發動機為1級軸流加1級離心構成的組合壓氣機；UH-60通用直升機上的T700發動機采用5級軸流加1級離心壓氣機。壓氣機部件主要包括進氣導流器、壓氣機定子和轉子、壓氣機靜子及防喘裝置等。壓氣機轉子是一個高速旋轉的組合件，軸流式轉子葉片呈葉柵排列安裝在工作葉輪周圍，離心式轉子 葉片則呈輻射形狀鑄在葉輪外部。壓氣機靜子由壓氣機殼體和靜止葉片組成。轉子旋轉時，通過轉子葉片迫使空氣向后流動，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉子葉片后面的空氣壓強大于前面的壓強。氣流離開轉子葉片后，進入起擴壓作用的靜子葉片。在靜子葉片的通道，空氣流速降低、壓強升高，得到進一步壓縮。一個定子和轉子加一個靜子稱為一級。衡量空氣經過壓氣機被壓縮的程度，常用壓縮后與壓縮前的壓強之比，即增壓比來表示。
在構造上，渦輪軸發動機也有進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等燃氣發生器基本構造，但它一般都裝有自由渦輪，如圖所示，前面的是兩級普通渦輪，它帶動壓氣機，維持發動機工作，后面的二級是自由渦輪，燃氣在其中作功，通過傳動軸專門用來帶動直升機的旋翼旋轉，使它升空飛行。此外，從渦輪流出來的燃氣，經過尾噴管噴出，可產生一定的推力，由于噴速不大，這種推力很小，如折合為功率，大約僅占總功率的十分之一左右。有時噴速過小，甚至不產生什么推力。為了合理地安排直升機的結構，渦輪軸發動機的噴口，可以向上，向下或向兩側，不象渦輪噴氣發動機那樣非向后不可。這有利于直升機設計時的總體安排。
渦輪軸發動機是用于直升機的，它與旋翼配合，構成了直升機的動力裝置。按照渦輪風扇發動機的理論，從理論上講，旋翼的直徑愈大愈好。同樣的核心發動機，產生同樣的循環功率，所配合的旋翼直徑愈大，則在旋翼上所產生的升力愈大。事實上，由于在能量轉換過程中有損失，旋翼也不可能制成無限大，所以，旋翼的直徑是有限制的。——般說，通過旋翼的空氣流量是通過渦輪軸發動機的空氣流量的500-1000倍。
同渦輪軸發動機和直升機常用的另一種動力裝置——活塞發動機采相比，渦輪軸發動機的功率重量比要大得多，在2.5以上。而且就發動機所產生的功率來說，渦輪軸發動機也大得多，目前使用中的渦輪軸發動機所產生的功率，最高可達6000馬力甚至10000馬力，活塞發動則相差很遠。在經濟性上，渦輪軸發動機的耗油率略高于最好的活塞式發動機，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜，這在一定程度上得到了彌補。當然，渦輪軸發動機也有其不足之處。它制造比較困難，制造成本也較高。特別是由于旋翼的轉速更低，它需要比渦輪螺旋槳發動機更重更大的減速系統，有時它的重量竟占發動機總重量一半以上。
應用
在帶有壓氣機的渦輪發動機這一類型中，渦輪軸發動機出現得較晚，但已在直升機和垂直/短距起落飛機上得到了廣泛的應用。
渦輪軸發動機于1951年12月開始裝在直升機上，作第一次飛行。那時它屬于渦輪螺槳發動機，并沒有自成體系。以后隨著直升機在軍事和國民經濟上使用越來越普遍，渦輪軸發動機才獲得獨立的地位。
主要參數
1.發動機功率
作為渦輪軸發動機，通常是把體內減速機視為它的一個部件，所以發動機功率是指經體內減速器輸出的功率。對于有些大型的渦輪軸發動機，發動機作為一個部件，其中并不包括體內減速器。所指的功率就是渦輪軸的輸出功率。作為性能指標，一般指的是最大起飛功率。與渦輪噴氣發動機的推力大小一樣，功率大小也不能體現發動機的好壞。但必須注意到，對于現有正在使用的發動機，只要它還有改型的價值，提高最大起飛功率，往往是一個機種改進改型的一個方面。這樣，可在不花費過多財力物力的條件下，提高飛機的性能，擴大使用領域，或改善飛機的性能。
2.單位功率
3.功率重量比
大型的渦輪軸發動機，如功率為7000kw，這一指標可達7kw/kg以上，而小型的，如功率為200kw的，僅為3kw/kg左右。但必須指出，前者是沒有體內減速機的，后者是包括體內減速器的。所以，在評價這一性能指標時，這一點是必須注意的。一般說大型的和小型的不應當在一起比較，用以評價它們的好壞。
4.單位燃油消耗率
在最大起飛功率狀態，大型的渦輪軸發動機，可達0.270kg/kw*h左右，小型的約在0.400kg/kw*h左右
一般情況，排氣速度很低，可忽略這部分推力的作用，排氣方向也不一定與飛機前進方向相反。為了結構上的方便，可任意安排排氣方向。個別情況，排氣速度較高，例如120m/s以上，對于功率為1000kw的發動機，在起飛狀態約可獲得60daN的推力，這是不可忽視的。當然，在巡航狀態，飛機有前進的速度，推力要小得多。為了使這部分推力起作用，在總體安排時應采用前輸出軸，使排氣的方向與前進方向相反。
參考資料 >