从20世纪50年代法国成功研制出世界上第一台涡轴发动机阿都斯特（Artouste）开始，涡轴发动机逐步取代活塞发动机成为直升机的主要动力装置，其技术进步直接推动了直升机平台的升级换代。现如今，涡轴发动机尽管受到了来自其他动力形式（活塞发动机、全电推进系统等）的挑战，但结合新循环、新结构和新材料等技术的应用，涡轴发动机的技术提升和应用发展仍有很大空间。
1.涡轴发动机基本原理
涡轴发动机是一种广泛应用于直升机及某些特种飞行器中的动力装置，其工作原理基于涡轮增压技术，通过高效地将燃料化学能转化为机械能，为飞行器提供所需的动力。涡轴发动机的工作原理可概括为以下几个关键步骤：
压气机部分：涡轴发动机的压气机通常由多级轴流式压气机组成，其作用是将外界的空气进行压缩，提高空气的压力和密度。压气机的设计使得空气在经过每一级压气机时都受到压缩，从而使得空气的压力逐渐升高。压缩后的空气被送入燃烧室，为燃烧提供充足的氧气。
展开剩余98%燃烧室：在燃烧室中，压缩的空气与燃料进行混合，并点燃产生高温高压的燃气。这个过程是涡轴发动机产生能量的关键步骤。燃烧室的设计使得燃料能够充分燃烧，释放出最大的能量。同时，燃烧室还承受高温高压的燃气冲击，需要采用耐高温材料来制造。
涡轴发动机折流燃烧室
涡轮机：高温高压的燃气从燃烧室排出后，进入涡轮机。涡轮机是涡轴发动机的关键部件之一，其作用是将燃气中的热能转化为机械能。涡轮机由多个涡轮叶片组成，当高温燃气流过涡轮叶片时，叶片受到冲击力而旋转。涡轮机的转动带动了发动机的输出轴，从而实现了能量的传递。
排气部分：经过涡轮机后的燃气温度已经降低，但仍然具有一定的速度和压力。在排气部分，燃气被排出到大气中，同时释放出剩余的能量。排气部分的设计对于涡轴发动机的性能和环保性都有重要影响。
通过以上四个步骤的循环进行，涡轴发动机能够持续地为飞行器提供动力。涡轴发动机的工作原理简单而高效，但也存在一些挑战和限制。例如，压气机和涡轮机的设计需要精确匹配，以确保发动机在各种工作条件下都能保持高效稳定的运行。涡轴发动机的维护成本也相对较高，需要定期进行检修和更换部件。
涡轴发动机结构原理
2.涡轴发动机关键参数
2.1 功率相关参数
2.1.1 起飞功率（Takeoff Power）
定义：发动机在标准大气条件（海平面、15℃）下，为满足直升机起飞需求所能输出的最大持续功率（通常持续 5-10min）。
意义：直接决定直升机的最大起飞重量和起飞性能，是选型时的核心指标之一。例如，美国T700发动机起飞功率约1400kW，俄罗斯TV3-117约1900kW。
2.1.2 最大连续功率（Maximum Continuous Power）
定义：发动机在标准条件下可长时间（无时间限制）持续输出的最大功率。
意义：影响直升机的巡航能力、载重能力和续航时间，通常低于起飞功率（约为起飞功率的 80%-90%）。
2.1.3 应急功率（Emergency Power）
定义：发动机在突发故障（如单台失效时）或极端工况下，短时间（通常30s-5min）内可输出的超额定功率。
意义：保障直升机在紧急情况下的安全性，例如单发直升机失效时的迫降能力，功率通常比起飞功率高10%-20%。
2.1.4 功重比（Power-to-Weight Ratio）
定义：发动机输出功率与自身重量的比值（单位：kW/kg）。
意义：衡量发动机的 “动力密度”，比值越高，发动机越轻巧，能有效降低直升机的整体重量，提升机动性。例如，先进涡轴发动机的功重比可达5-7kW/kg，而早期型号仅为3-4kW/kg。
赛峰Arrano-1A发动机
2.2 效率相关参数
2.2.1 耗油率（Specific Fuel Consumption, SFC）
定义：单位功率在单位时间内的燃油消耗量（单位：kg/(kW・h)）。
意义：直接影响直升机的续航里程和运营成本，耗油率越低，经济性越好。例如，新一代发动机（如美国 T901）比老型号（T700）耗油率降低25%以上。
GE T700发动机
2.2.2 热效率（Thermal Efficiency）
定义：发动机将燃油化学能转化为机械能的效率，取决于涡轮前温度、压气机增压比等核心设计。
意义：热效率越高，燃油利用率越高，间接降低耗油率。现代涡轴发动机热效率通常在30%-40%。
黑鹰直升机
2.3 结构与运行参数
2.3.1 涡轮前温度（Turbine Inlet Temperature, TIT）
定义：燃气进入涡轮前的温度，是发动机热力循环的核心参数。
意义：温度越高，燃气能量越大，发动机功率和效率越高，但对涡轮叶片材料（如单晶高温合金）和冷却技术（如气膜冷却）要求极高。现代先进涡轴发动机的涡轮前温度可达1400-1600℃。
2.3.2 压气机增压比（Compressor Pressure Ratio）
定义：压气机出口气体压力与进口压力的比值，分为低压压气机和高压压气机的总增压比。
意义：增压比越高，进入燃烧室的空气密度越大，燃油燃烧越充分，发动机功率和效率越高。现代涡轴发动机增压比可达15-20（早期型号仅5-8）。
2.3.3 重量与尺寸
重量：发动机自身的净重量（单位：kg），直接影响直升机的有效载重。
尺寸：包括长度、最大直径（单位：m或mm），决定发动机在直升机上的安装空间适配性（如机身或短翼内的布局）。例如，T901发动机长度约1.2m，直径660mm，适合紧凑机身设计。
GE T901发动机
2.4 可靠性与维护参数
2.4.1 翻修间隔期（Time Between Overhauls, TBO）
定义：发动机在两次大修之间的最长运行时间（单位：h）。
意义：TBO越长，发动机可靠性越高，维护成本越低。现代先进涡轴发动机TBO可达3000-5000h（如T700），早期型号仅1000-2000h。
GE T700发动机
2.4.2 平均故障间隔（Mean Time Between Failures, MTBF）
定义：发动机在正常运行中，两次故障之间的平均时间（单位：h）。
意义：衡量可靠性的核心指标，MTBF越长，故障概率越低，适合高可靠性需求场景（如军用、急救直升机）。
2.4.3 全权限数字式电子控制（FADEC）
定义：通过电子系统自动控制燃油流量、转速、温度等参数，实现发动机的最优运行状态。
意义：提升发动机的稳定性、响应速度和燃油效率，降低人工操作误差，同时具备故障诊断和健康监控功能（如T800、VK-650V均配备）。
T800发动机
2.5 环境适应性参数
2.5.1 高空 / 高温性能
定义：发动机在高海拔（如高原）、高温环境下的功率保持能力（通常用 “功率衰减率” 衡量）。
意义：决定直升机在复杂地形（如高原、沙漠）的适用性。例如，中国涡轴-9G针对高原环境优化，在海拔4000m以上仍能保持较高功率。
2.5.2 抗畸变能力
定义：发动机在进气气流不均匀（如直升机旋翼下洗气流、侧风）时的稳定运行能力。
意义：避免发动机因气流畸变导致喘振、熄火，是军用直升机在剧烈机动时的关键性能。
CH-53K直升机
3.涡轴发动机技术发展趋势
随着直升机技术的进步，直升机平台对动力装置的发展提出了更高要求：军用直升机追求更高速度，扩大任务载荷/提高航程，改善维修性，提高使用地域内的环境适应性和机动能力等；民用直升机则更关注安全性、经济性、操纵品质和环境适应性，并日益重视环保性。
目前，航空发动机公司正通过一系列专项发展计划，应用气动、结构、传热、燃烧、控制、材料及工艺等方面的最新研究成果，进一步提高发动机热力循环参数、部件效率，降低耗油率、提高发动机寿命及可靠性、降低全生命周期使用成本。近年来，旋翼机平台逐步融入了各类固定翼飞机的设计理念，各种高速旋翼机构型层出不穷，对动力系统的能量效率、能量形式、驱动方式等提出了新的要求。预计未来旋翼机动力技术将朝着以下四个方向发展。
一是采用新结构型式，进一步提升部件技术水平，研制出性能更优异的涡轴发动机。例如，内燃波转子发动机采用以等容燃烧为基础的发动机循环（Humphrey循环），可获得更高的循环热效率，具有很好的应用前景。美国国家航空航天局（NASA）完成了以501-KB5S发动机为基准发动机的内燃波转子取代核心机的技术验证，结果表明，压比降低，压气机减少2～3级，但输出轴功率提高了17.7%、耗油率降低了10.5%。
典型内燃波转子结构及其复杂波系特征
二是探索组合动力技术，大幅提升旋翼机飞行速度，例如，倾转旋翼机用可转换涡轴/涡桨发动机、变转速动力涡轴发动机等。美国陆军与NASA合作的“先进变转速动力涡轮”(Advanced Variable Speed Power Turbine，AVSPOT) 计划，可将动力涡轮转速维持在55%～105%范围之间，使旋翼机在起飞和爬升时旋翼转速较高，巡航时转速较低，实现旋翼—发动机转速的最优匹配，提升旋翼机推进效率，大幅提高飞行速度，同时可避免变速传动机构的复杂性。
三是以传统涡轴发动机为基础发展分布式混合电推进系统，拓展高速旋翼飞行器的飞行包线，提升悬停效率、巡航效率和系统可靠性。目前，各大飞机和发动机制造商均大力投入航空电推进系统的研发，例如，法国赛峰集团开发的用于贝尔公司电动垂直起飞和着陆（eVTOL）飞行器的混合动力电推进系统，于2018年7月进行了地面测试。
赛峰 eVTOL
四是探索不依赖机械传动的推进形式，例如，开展桨尖喷气等推进方式研究。桨尖喷气旋翼通过翼尖高速喷气产生反作用力驱动旋翼，取消了齿轮传动系统和反扭转系统，有效地降低了系统复杂性。通过对桨尖喷气的冷喷、暖喷和热喷三种循环形式的长期研究表明，采用暖喷循环形式，即利用高温燃气和低温压缩冷气的混合气体进行驱动，相对于其他形式具有较高的热效率。由于桨尖喷气旋翼的综合效率仍低于机械传动的旋翼系统，该技术工程实用还有很长的路要走。
桨尖喷气式直升机 Hiller Hornet
4.重型直升机发动机主要型号
重型直升机一般是指起飞质量大于20t，内载和外吊挂能力大于8t，运输能力超过50人的直升机。受需求、技术等因素的综合影响，当前拥有重型直升机完全自主研制能力的国家只有美国和俄罗斯。相比大型和中小型直升机，重型直升机的批产型号较少，主要有苏联/俄罗斯的米-6、米-10和米-26，美国的CH-53A/D（“海种马”）、CH-54（“空中大吊车”）、CH-53E（“超种马”）、CH-47（支奴干）和V-22（“鱼鹰”）等。
世界重型直升机和倾转旋翼机主要参数
4.1 Honeywell T-55系列发动机
T-55是美国莱康明公司（现霍尼韦尔公司）在20世纪五六十年代研制的自由涡轮式单转子涡轴发动机，原型机于1958年首次运转，生产型于1961年开始交付。
T55系列涡轴发动机特点
T55-GA-714A
T55系列涡轴发动机在重型直升机动力系统领域处于世界领先地位。目前，有超过1000架配备T55系列发动机的CH-47直升机（英文：CH-47 Helicopter，代号：Chinook，译文：支奴干、奇努克，绰号：飞行车厢）在全球运营，服务于军用和民航领域。最新的T55-GA-714A配置可产生近5000马力，使“支奴干”直升机能达到170节（约合315km/h）的速度。
CH-47支奴干直升机，搭载两台T55-GA-714A涡轴发动机
4.2 俄罗斯 D-136发动机
D-136是苏联伊夫琴科设计局（现乌克兰进步设计局）于20世纪70年代研制的自由涡轮式双转子涡轴发动机，1982年开始批生产，最大应急功率高达8460kW，是迄今功率最大的涡轴发动机。
米-26T2是米-26的改进升级型，2010年开始研制，2018年首飞，2019年完成初步飞行试验，并进入国家测试。该机型搭载两台D-136-2发动机，升级了航电系统，对旋翼和传动系统也进行了改进，使其成为一型全天候直升机，能够在复杂的物理、地理和恶劣气候条件的地区执行任务，并能适应火力或信息对抗环境。米-26T2的最大起飞质量为56t，有效载荷为20t，可搭载80名全副武装的伞兵。俄罗斯空军计划采购26架米-26T2，在2025年前后进入服役。
米-26T2直升机
D-136-2主要针对高温环境和山区地形，基于D-136涡轴发动机和D-436涡扇发动机发展而来，在2012年形成初始能力，采用全权限数字式电子控制（FADEC）系统，尺寸、安装节等与D-136一致。
D-136-2涡轴发动机
4.3 GE T64系列发动机
T64是美国GE公司在20世纪50年代后期设计的自由涡轮单转子涡轴发动机，军用型为T64，民用型为CT64。该发动机于1961年首飞，1963年投入使用，此后随着要求的变化而不断改进和升级，功率范围大概为2200～3500kW。
T64系列涡轴发动机特点
4.4 罗罗 T406发动机
T406（AE 1107C）是艾利逊公司（现罗罗北美公司）在20世纪80年代为满足V-22动力需求，在T56涡桨发动机基础上衍生发展的自由涡轮式单转子涡轴发动机。该发动机于1989年首飞，2000年获美国海军陆战队陆上飞行合格证。
T406发动机
V-22倾转旋翼机（Boeing Bell V-22，绰号：鱼鹰，Osprey），是美国一型具备垂直起降（VTOL）和短距起降（STOL）能力的倾转旋翼机。V-22倾转旋翼机在外形上与固定翼飞机相似，但翼尖的两台可旋转的发动机带动两具旋翼，在固定翼状态下，V-22像是一架在两侧翼尖有两个超大的螺旋桨的飞机；在直升机状态下是一架有两个偏小的旋翼的直升机，这样使其具备直升机的垂直升降能力，但又拥有固定翼螺旋桨飞机高速、航程远及油耗较低的优点，最大飞行速度达509km，是世界上飞最快的直升机。
V-22倾转旋翼机每套旋翼系统由一台艾里逊公司（Allison）制造的AE 1107C涡轮轴发动机提供动力，这种发动机能生产超过6000马力的动力。每台发动机驱动其自身的旋翼，并将一些动力传递给驱动翻转机构的机翼中部变速箱。在一台发动机出现故障的情况下，剩下的一台发动机通过内部连接驱动轴将动力分配给两套旋翼系统，“鱼鹰”倾转旋翼机还能够运行。
根据不同的配置，“鱼鹰”倾转旋翼机最多可容纳多达13779升燃料。如果“鱼鹰”倾转旋翼机失去了一台发动机，两台发动机通过齿轮箱相互耦合，这使一台发动机可以同时驱动两套旋翼系统。因此，在“鱼鹰”倾转旋翼机一台发动机发生故障的情况下，飞行员很有机会关闭这台发动机，驾驶它在最近的机场着陆。
搭载两台T406发动机的V-22倾转旋翼机
4.5 GE T408发动机
2006年，美国宣布在普惠加拿大公司PW150、罗罗公司AE 1107C和GE公司T408（内部编号GE38-1B）等发动机中选择CH-53K的动力。从成本、安全性和实际使用性能等多方面综合考虑，T408发动机最终胜出。CH-53K配装3台T408，并预留了第4台发动机位置。T408的单台额定功率为5600kW，是GE公司功率最大的涡轴发动机，相比CH-53E采用的T64发动机，其功率增加57%，燃油效率提升18%，而零件数减少63%。
T408-GE-400涡轴发动机
T408起源于美国陆军现代技术验证机发动机（MTDE），其技术发展与GE27技术验证机、GE38及其他多种军民用型号的发展紧密相关，如下图所示。
T408发动机技术演变发展
1980年代，美国陆军发起4000～6000hp（2980～4470kW）现代技术验证发动机计划，目的是研制一型5000hp（3725kW）的涡轴发动机，并在设计过程中综合考虑性能、质量、可靠性、大修成本、技术支持成本、采购成本和生存能力等因素，GE公司的GE27获得技术验证机合同。GE27设计中最大的难点在于“按成本设计”，即需要设计一台比“黑鹰”、阿帕奇等直升机用的T700发动机功率高3倍而成本却只增加20%的发动机。采用了双转子单元体结构以及先进的气动、材料和冷却技术的GE27，于1984年整机试车，1987年完成了4000h部件试验和超800h的整机试验，超过预期目标，满足MTDE计划要求，当时还创造了油耗、功重比、单转子压比、单位流量功率等4项纪录，是一型非常成功的先进涡轴技术验证机。GE27与T700相比，油耗降低25%，功重比提高62.5%，空气流量增加40%。
CH-53K起吊联合轻型战术车
1980年代末，GE公司在GE27基础上以GE38命名开展了涡轴、涡桨和涡扇等一系列发动机的研发工作。从1988年开始先后研发了T407军用涡桨发动机、GLC38民用涡桨发动机、CPX38民用涡桨发动机、CFE738民用涡扇发动机和T408军用涡轴发动机。
T408在GE27先进技术验证机、T407涡桨发动机的基础上发展而来，借鉴了GE27核心机的总体结构、单元体结构、高压比单转子压气机及其冷却方案、润滑系统和支承方案；还参考了T407的3级动力涡轮，其中气冷的第1级涡轮，可提高耐久性和功率增长能力，并有一个独立的封闭模块以防止轴承和油槽受污染。
T408相比T64发动机性能提升
T408融合了一系列新技术，包括新的三维气动设计、冷却方案和先进材料：与T407相比，同等进口气流和燃油消耗下，功率提高约45%；热端部件的冷却设计可防沙砾堵塞，并采用改进的材料和涂层，以防侵蚀和腐蚀；压气机更加坚固，采用了对分机匣和防腐涂层，具有抗风沙侵蚀和盐水腐蚀的能力，能适应严酷的作战环境；采用了整体叶盘压气机，无螺栓转子、低稠度/高功率涡轮减少了涡轮叶片和导向器数量，减少了零件数；附件系统中采用空心管路，节省了较多管路和支架。针对特定作战环境设计的T408，包括飞行试验在内的各种试验验证了其出色抗风沙侵蚀、盐水腐蚀的能力和强耐久性，能够理想地在陆战队严酷的作战环境下使用。由于油耗较低，T408还能显著降低CH-53K的使用成本。
CH-53K“种马王”(King Stallion)直升机
2019年10月28日，GE航空集团通过其网站宣布已于9月30日向美国海军航空系统司令部（NAVAIR）交付了首台用于西科斯基CH-53K“种马王”重型直升机的第一台生产型T408发动机。与同类发动机相比，T408更坚固，更简单，更耐沙，并且在燃油效率和功率方面都有显著提升。GE号称该发动机是为“维修人员”开发的，可节省大量维护费用。CH-53K以3台T408(单台功率为5600kW)发动机为动力，在高温环境下的任务半径达到177km，可以搭载约12t外部载荷。据称，未来美国军队将大批装备CH-53K直升机，其中仅美国海军陆战队就会购买227架。
2022年12月中旬，美国海军在帕塔克森特河海军航空站完成了对CH-53K最大外部吊运能的评估测试，CH-53K在测试中成功将一架无法飞行的F-35C舰载战斗机原型机吊起并空运至目的地。作为参考，F-35C的空重为15.69t，考虑到这架无法飞行的F-35C原型机可能拆除一些航电设备，其实际重量应该低于15.69t。这次外部吊运能力测试还为我们直观展示了CH-53K重型直升机的尺寸，F-35C作为一款舰载机其尺寸并不小，机身长度为15.7m，但再加上螺旋桨足足有30m长的CH-53K身下，小胖子F-35C显得非常娇小，此情此景一如米-26吊运重型战斗机苏-27一样。
CH-53K在外部载荷测试中吊运一架F-35C原型机
2023年4月27日，GE公司宣布从美国海军航空系统司令部（NAVAIR）获得6.84亿美元，为海军陆战队的CH-53K“种马王”（King Stallion）提供T408发动机。根据合同，GE公司将在林恩的工厂总装2024-2027年交付的T408发动机。CH-53K以3台T408发动机为动力，于2022年4月在美国海军陆战队形成初始作战能力。与T64涡轴发动机相比，T408的输出功率提升了53%、耗油率降低了18%、零件数量减少了63%，先进的设计提升了可靠性和维修性。德国MTU航空发动机公司也参与了T408项目，负责动力涡轮的生产。
CH-53K
T408发动机虽然是CH-53K的动力，但具有配装美国陆军重型运输直升机CH-47的潜力，后者专为货物和部队运输设计，几十年来一直是美国陆航重型运输机的主力。为大幅提高CH-47性能，美国陆军、波音公司和GE公司在2016年签署了一项为期5年的合作研发协议（CRADA），波音公司启动了一项CH-47升级计划，主要任务是为CH-47F试装更强劲的T408，以验证CH-47F集成大功率发动机的可行性并评估技术风险，最终推进直升机动力的升级。2020年，配装2台T408的CH-47F进行地面试验，使用了增材制造的承重传动系统组件和发动机外扭矩测量系统，验证发动机控制、热兼容性、质量以及飞机在飞行包线内的结构响应。2019-2021年，CH-47F换装T408共进行了18次地面试验和7次飞行试验，经过7个月的飞行试验后，2021年5月，美国陆军宣布换发可行，T408可用于CH-47F机队升级，在降低技术和集成风险的同时，可满足美国陆军未来需求。
CH-47F直升机换装两台T408发动机
CH-47F换装T408飞行试验
5.中型、轻型直升机发动机主要型号
5.1 前苏联 TV3-117系列涡轴发动机
TV3-117系列涡轴发动机是前苏联设计生产的一款经典直升机涡轴发动机，为了适应现代直升机更大的动力需求，苏联提出了下一代直升机引擎必须达到2000马力级的要求，伊索托夫发动机设计局在1972年顺利完成其研制工作。
TV3-117发动机
TV3-117系列涡轴发动机是世界使用最广泛的直升机引擎，其被广泛装备在米-8、米-17、卡-31、卡-52直升机上。是目前世界上产量最大、经济性最好、可靠性最好的涡轴发动机，世界总产量已经超过了30000台，约90%以上的俄式直升机基本都装备TV3-117系列发动机。该发动机全长2.05m，宽0.65m，高0.73m，重294kg，起飞功率达到1900kW，寿命6000h，其维护简单、性能可靠、适修性极佳、耗油率低、使用寿命长、烟尘环境适应能力突出。
米-8直升机
中国陆航目前所服役的米-8/17/171与海军所使用的卡-28/31直升机都采用该款发动机，凭借TV3-117，米-8/17/171系列直升机也成为了是世界上产量最庞大的中型直升机，有直升机中的“AK-47”之称。其最大起飞重量超过了13t，远超黑鹰直升机的10t，最大有效载荷可以达到4t以上，最大飞行速度超过了250km/h，使用最高升限约5000m，最大航程接近500km，在直-20出现之前，是我军直升机部队的主力装备，没有之一，而且凭借其优异的性能、低廉的造价、可观的战力，即使在国产直-20和直-8/18等大批新锐直升机装备亮相的同时，但解放军还是在2019年一口气采购了86架米-17系列，足见米-17及TV3-117发动机的优秀。
米-171直升机
5.2 俄罗斯 VK-2500中型直升机发动机
由于俄乌关系日趋紧张，俄罗斯未雨绸缪，早在1999-2001年就开始了米-28直升机的TV3-117VMA发动机的国产化工作，替代型号为VK-2500，已于2012年完成测试，2015年批量生产。VK-2500的批产，标志着俄罗斯国产涡轴发动机实现全自主生产。该型发动机在俄罗斯及国际上非常受欢迎，5年内生产了600多台，还可配装米-24/35、卡-52、卡-27/29/31和卡-32。与TV3-117VMA发动机相比，VK-2500发动机更先进，燃油效率高，功率提高了15%～20%，采用了新型控制系统BARK-78，以及SHK-78-1工作时间计数器，最高实用升限增加了30%，爬升率增加了50%。与美国T700发动机相比，该发动机可靠性高且运行成本低。
VK-2500发动机重要创新是自动控制系统的研制。TV7-117和VK-2500的所有改型都将采用克里莫夫公司开发的BARK-65/6V自动控制系统。目前已开始对BARK-6V进行模块化升级，且只采用俄罗斯生产的组件，这也将成为一个突破点。
改进型VK-2500PS-03发动机于2016年完成认证，2017年投入批产，配装米-171A2民用直升机；该发动机的军用型VK-2500P，配装升级后的米-28NM，已于2020年完成国家测试，可不需改进直接用于所有“米” “卡”系列军用直升机。克里莫夫公司将于2022年年底完成VK-2500PS-02发动机的设计，用于改进后的卡-32，新发动机将提高直升机在外挂载荷情况下执行木材集运、灭火或其他任务的能力。
VK-2500PS发动机
5.3 俄罗斯 TV7-117V中型直升机发动机
TV7-117V发动机在2015年获得型号合格证，2017-2021年共交付17台，配装米-38。同时计划安装在“卡”系列直升机上，2030年前还获得了另外255台发动机订单。TV7-117V已在全球得以应用。目前，UEC正在与国外合作商就TV7-117V适配国外机型进行谈判。
TV7-117V发动机
5.4 俄罗斯 VK-1600V中型直升机发动机
VK-1600V发动机起飞功率为1029kW，专为卡-62多用途和特种直升机设计，并计划在其基础上为轻型客机和支线运输机研制VK-1600S涡桨发动机。VK-1600V发动机已通过设计审查，首台验证机已完成组装并在2021年莫斯科航展上展出。
VK-1600V发动机的验证机中，约70%铸件采用增材制造技术，包括涡轮导向器、第一支承壳体、涡轮支承壳体及其他组件。VK-1600V发动机的设计首次全部实现电子化。研发过程中使用产品数据管理（PDM）系统，采用了克里莫夫公司研发的BARK-15V控制系统。
VK-1600V发动机
2024年11月8日，俄罗斯联合发动机制造集团（UEC）的增材制造技术中心与车尔尼雪夫莫斯科机械制造企业（MMP）合作，使用3D打印技术制造了VK-1600V涡轴发动机的第一个承力机匣。3D打印可以制造出传统方法难以获得的复杂几何形状，在过去即便是通过铸造、热处理或机械加工获得一个简单形状的零件也需要几周到几个月的时间，并且还必须考虑到制造所需技术设备的高昂成本。合作团队在4个月内就开发并调试了制造发动机承力机匣的生产工艺。除了承力机匣外，团队还致力于通过3D打印为该型发动机生产一个燃油总管原型。
3D打印的承力机匣
5.5 GE T901发动机
为提高中型军用UH-60“黑鹰”武装直升机和AH-64“阿帕奇”攻击直升机的作战能力，替换服役已超40年且提升空间有限的T700发动机，以及为未来垂直起降飞行器（FLV）提供技术储备，美国陆军先后启动了“先进经济可承受涡轮发动机”（AATE）计划（2007-2015年）和“改进涡轮发动机”（ITEP）计划（2012-2024年）等发动机专项，其目标是研制和取证一型先进的2237kW级涡轴发动机。与现役基准发动机T700相比，目标发动机功率提高50%、功率质量比提高65%、耗油率降低25%、生产和维修成本降低20%～35%，且在高温、高原条件下保持高性能水平。在美国武器装备采办竞争模式的指引下，美国陆军要求保持两家发动机公司参与直升机换发竞争，GE航空集团和ATEC公司（由霍尼韦尔和普惠公司合资成立）分别获得科学和技术阶段合同和初步设计阶段合同。2019年，美国陆军通过全面评估选出GE航空集团的T901发动机进入工程与研发（EMD）阶段。
T901发动机
2025年5月9日，美国陆军特种作战司令部（SOCOM）表示计划未来几年采用T901涡轴发动机对改进型“黑鹰”（MH-60）特种任务直升机机队进行动力升级。早前，美国陆军已开始测试T901发动机，并将其集成到标准的“黑鹰”直升机上，但于5月9日取消了T901发动机在改进涡轮发动机计划下的开发工作。GE航空航天公司表示，将继续在现有合同下对T901发动机进行测试和开发工作，其中包括今年晚些时候在“黑鹰”直升机上进行的飞行测试。尽管美国陆军表示不会全额采购T901发动机，但SOCOM拥有独立的采购系统，仍可选择独立于常规美国陆军之外，为其“黑鹰”机队进行动力系统升级。
T901发动机设计特点
•单轴设计
相比T900发动机采用的双轴设计，T901发动机的单轴设计结构更加简单，成本较低、质量较轻、可靠性较高、维修性好，但缺点是燃烧效率较低，因此耗油率相对较高。
作为T901发动机设计的关键之一，单轴结构意味着压气机和燃气发生器中的所有旋转部件在一个轴上，并以相同的速度旋转，具有灵活的模块化结构，拆装简单。相比之下，双轴结构是将压气机分成两个独立旋转的高、低压转子，并分别由独立的高、低压涡轮驱动。由于多了一个轴，所以需要更多的零件，这些都增加了发动机的质量和复杂性，使得拆卸难度更大，维修成本更高；质量的增加会使直升机性能降低，有效载荷减少，同时将这种发动机整合到飞机中也会带来更大的挑战。
•单元体设计
T901发动机的单轴设计可实现完全模块化、部件更少、设计更简单，从而使T901更可靠、更易于维修、维修成本更低。完全单元体设计通过对发动机单元体的逐步改进，以较低的成本提高了发动机性能。
战场上的突发事件时有发生，因此快速恢复战斗能力至关重要。T901的单元体设计使维修人员能够在现场拆解，清洗或修理发动机并重新组装发动机，所有这些都只需质量较轻的备用单元体便可完成。这意味着T901可以减少对作战供应链的依赖，以及减少敌人对后勤保障实施攻击的机会。
•增材制造
GE公司凭借在先进涡桨发动机（ATP）、LEAP和GE9X发动机上积累的增材制造技术经验，在T901发动机上也采用了大量的增材制造零部件。这些增材制造零部件质量更轻、性能更高、构型更复杂且更加耐用。例如，将T901上装配在一起的51个零件打印成一个部件，质量减轻了20%。
•陶瓷基复合材料（CMC）组件
T901发动机中采用陶瓷基复合材料（CMC）部件，以提高性能并减轻质量。这些部件能够降低热端部件对冷却空气的需求，从而以不同于增材制造部件的方式提高效率。增材制造组件和陶瓷基复合材料等创新技术将有助于T901达到或超过陆军的“苛刻的性能要求”。
•先进冷却技术
先进冷却技术有利于实现更低的金属温度，降低排放，减少T901发动机维持相同发动机温度时所需的冷却空气量，从而输出更大功率并显著提高燃油效率，以提高T901的性能。
•耐沙技术
UH-60和AH-64直升机可能在各种恶劣的战场条件下飞行，比如沙漠地区。T901发动机采用新型进口粒子分离器可减少沙石摄入量和总压损失，减少涡轮机械部件的磨损，并显著提高了发动机在翼使用时间。T901运用的其他耐沙技术还包括：改进防腐蚀技术、采用坚固耐用的压气机和流通能力较强的冷却孔尺寸。
T901发动机
5.6 赛峰 阿拉诺1A(Arrano-1A)发动机
2014年，空客公司为H160直升机选择普惠加拿大公司的PW210E发动机和赛峰直升机发动机公司的阿拉诺发动机作为候选动力装置。2015年6月，H160进入试飞阶段，PW210E为H160首架原型机的首飞提供动力。由于H160要求配装的发动机在高温高原条件下能满足功率增加10%的要求，而PW210E功率水平无法满足且普惠加拿大公司决定不再对PW210E进行升级，所以空客公司最终选取阿拉诺发动机作为H160的唯一动力装置。
阿拉诺(Arrano-1A)发动机
阿拉诺是赛峰集团的新一代涡轴发动机，功率为820～970kW，适用于4～6t级中型双发直升机或2～3t级单发直升机。阿拉诺发动机功率介于阿赫耶（Arriel）和阿蒂丹（Ardiden）发动机之间，与同等级的发动机相比，其最大优势在于耗油率可降低10%～15%，且可在高温高原条件下满足功率增加10%的要求。阿拉诺发动机首翻期为5000h，且维修时间仅为同等级发动机的1/2。
阿拉诺(Arrano-1A)发动机
阿拉诺发动机结构设计紧凑，具有良好的维修性和保障性，能有效提升载荷和航程并具有优良的环保性能。该发动机采用了34项创新专利技术，包括气动设计、增材制造、控制系统和高效燃烧等。在气动设计方面实现了高性能和可靠性，采用了2级离心压气机、单级动力涡轮结构，进口可调导向叶片改善了发动机巡航状态下的热动力学循环，同时实现了低油耗；在制造方面采用了增材制造技术，燃油喷嘴、进口导叶和扩压器叶片等零件均采用增材制造技术，快速生成复杂形状零件且数量大幅减少；在控制方面采用了第四代全权限数字式电子控制（FADEC）系统，并采用了赛峰最先进的健康监测、自动故障诊断和预防性维修技术，可与发动机运行监控服务系统（BOOST）完全兼容；在燃烧方面采用了新型回流燃烧室，新燃烧室设计利用油气混合旋流稳定火焰，达到均匀温度以保护部件的目的，新燃烧室仅保留了主燃油喷嘴，省去了常用于起动的喷嘴，将燃油喷嘴的数量减少到9个，具有更好的可操作性和更简单的布局。
阿拉诺发动机技术特点
Arrano-1A于2013年开始台架试验，2014年开始地面试验，2015年交付空客公司用于H160动态直升机0号机的装机台架试验，2016年随H160首飞同年完成高空模拟试验和发动机断油试验，2017年完成耐久性试验并向空客公司交付第一批初始生产发动机，2019年6月获颁欧洲航空安全局（EASA）型号合格证，2021年6月获颁美国联邦航空局（FAA）型号合格证。赛峰集团为实现可持续航空燃料（SAF）战略目标，阿拉诺发动机经认证可以使用高达50%的可持续航空燃料，包括生物燃料。2024年9月26日，赛峰直升机发动机公司获得中国民航局颁发的阿拉诺1A发动机型号合格证（VTC）。这是继5月份阿内托-1K发动机之后，赛峰直升机发动机公司今年在中国获得的第二张型号合格证。
阿拉诺(Arrano-1A)发动机
5.7 赛峰 阿内托(Aneto)发动机
在2017年10月3日举办的伦敦国际直升机大会上，赛峰直升机发动机公司首次公开了面向8~15t级超中型和大型直升机市场研制的全新系列涡轴发动机——阿内托（Aneto），其输出功率覆盖1864～2237kW。据称，阿内托发动机与同等量级的发动机（如马基拉和RTM322）相比，功率提高25%，耗油率降低15% ，是赛峰直升机发动机公司开发的功率最大的涡轴发动机。
阿内托涡轴发动机
阿内托发动机沿袭了RTM322发动机的基本结构布局，采用3级轴流+1级离心的组合压气机、回流式环形燃烧室、2级燃气发生器涡轮和2级动力涡轮结构，单轴前动力输出布局，如图2所示。模块化结构大大降低了阿内托发动机的研发成本和研制周期，保证了发动机极高的可靠性。压气机系统均采用钛合金材料，以获得较高的抗腐蚀和抗外物损伤（FOD）性能，并且采用宽弦叶片和进口导叶结构，能够在3s内从慢车状态加速到最大功率状态；回流燃烧室采用简单紧凑的结构设计，能够在实现快速起动的同时减轻发动机的质量；燃气发生器涡轮采用全新的铸造单晶叶片材料，使发动机获得更长的寿命和更大的功率增长裕度；动力涡轮采用保守的温度和应力水平设计，从而保证其具有长寿命；性能先进的双通道全权限数字式电子控制（FADEC）系统，能够显著降低飞行员的工作强度，使驾驶更加简单；新设计的附件齿轮箱结构能够显著减少外部管路结构数量；进气采用了设计简单可靠的进口粒子分离器，保护发动机不受沙尘侵害；外部的机匣全部采用了氧化铝或不锈钢等抗腐蚀材料，以适应海洋环境。
阿内托发动机结构示意图
经过Tech 3000项目的充分验证，大量增材制造技术在阿内托发动机的多种核心部件的制造过程得以采用，包括在燃烧室使用的高温材料喷嘴、压气机系统的全新进口导叶系统和扩压导叶系统等。另外，阿内托发动机与赛峰集团新开发的混合动力系统完全兼容，该系统允许在巡航状态下，双发中的一台发动机处于停车或慢车状态，当要求提高功率时，在电机的作用下发动机可在10s内快速起动，并自动提升至最大功率。
Aneto-1K发动机
正是由于采用了紧凑型设计、新材料和先进制造技术，以及多年的技术积累和验证，阿内托发动机才具有出色的功率重量比、可靠的性能，特别是在海上运输、搜救、消防或军事运输等环境恶劣的应用场景中具有更大的功率，在高温和高空条件下具有更好的性能。
Aneto-1K发动机
2017年10月，意大利莱昂纳多公司宣布正在开发新版的AW189K直升机，选用赛峰直升机发动机公司生产的两台1864kW的阿内托-1K涡轴发动机提供动力。截至2018年10月，AW189K原型机已经进行了90个架次，累计105h的飞行测试，正在稳步推进并计划在2019年末获得认证。相比GE公司的CT7发动机，每台阿内托-1K发动机的功率高出372kW，使得AW189K直升机能够在高热环境下获得更好的性能，可以更好地发挥其作为多功能超中型直升机平台的作用，不仅适用于远程海上运输和救援，还可以进行贵宾运输、消防和各种准军事作业。
莱昂纳多AW189K直升机
5.8 中国航发 WZ-16发动机
2008年7月15日，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司（中国航发东安）与法国赛峰直升机发动机公司（原透博梅卡公司）签署协议，以50%∶50%的比例合作研制涡轴16发动机（法方代号为阿蒂丹3C），以满足AC352直升机动力装置的需求，中国航发动研所为中方总设计师单位。
涡轴16发动机剖面图
涡轴16发动机是我国最新一型严格按照适航规章研制取证的涡轴发动机，起飞功率不小于1240kW，质量不超过223.5kg，耗油率（最大连续功率状态）不大于0.294kg/(kW·h)，实用升限6000m，可靠性高、翻修间隔时间长，整体性能达到国际先进水平。涡轴16发动机于2019年10月取得型号合格证（TC），2021年3月取得生产许可证（PC），可配装AC352等7t级双发直升机，广泛应用于搜索救援、海油作业、人员运输、医疗救护和商务包机等领域。
涡轴16发动机
涡轴16发动机
2016年12月，涡轴16发动机首装AC352直升机在哈尔滨首飞
2023年12月8日，中国航发宣布首批量产涡轴16发动机交付用户
5.9 俄罗斯 VK-650V轻型直升机发动机
俄罗斯联合发动机公司（UEC）在轻型直升机动力装置中最重要的创新是VK-650V发动机，该机型于2019年开始研制，2020年9月首次亮相，主要配装安萨特（Ansat）、卡-226T、VRT-500等轻型直升机，用于替换这些机型配备的国外发动机。VK-650V发动机的起飞功率为478kW，采用模块化设计、全权限数字式电子控制（FADEC）系统。与国外同类相比，虽然功率、耗油率基本相当，但成本更低，质量更轻，而且保持了俄制发动机在极端气象条件下的安全性和可靠性。UEC还计划利用VK-650V核心机为无人机和轻型飞机研制367～514kW的发动机。
VK-650V发动机
VK-650V发动机的研制依靠广泛的行业合作，除克里莫夫公司外，全俄航空材料研究院（VIAM）、车尔尼雪夫机械制造企业和“礼炮”科研生产联合体也参与其中。首台演示验证机中12%（质量）的部件采用了增材制造技术，涡轮导向器、涡轮机匣零件、燃烧室旋流器均由VIAM研制的镍基和钛基粉末合金制成。2020年12月，乌法发动机生产联合体为VK-650V发动机制造了自由涡轮转子、燃烧室和涡轮支承等组件。2021年年初，VK-650V发动机首次点火成功，目前演示验证机的第二阶段测试已经开始，2023年取得型号合格证，2024年开始批量生产。
VK-650V发动机的主要创新点包括：新的FADEC系统；20%的零件使用增材制造技术以减轻质量；采用移动式服务，主体是一个长度约12m的集装箱，可容纳各类生产设施且便于运输。
VK-650V发动机预计年产160台，占俄罗斯国内市场需求的30%。目前，俄罗斯直升机控股公司表示有意签署首批供应合同，发动机将用于改型直升机的飞行测试，以实现换发目标。
5.10 中国航发 AES100发动机
AES100具备了当代先进涡轴发动机气动和结构布局特征，由“轴流+离心”组合压气机、环形回流燃烧室、双级燃气涡轮、双级动力涡轮、附件传动等部件以及全权限数字式电子控制（FADEC）系统和健康管理系统组成。
AES100发动机及其先进技术
在气动性能方面，AES100发动机采用了三维叶片设计技术，优化了叶片构型，提高了压气机和涡轮部件效率；在压气机上采用可调导叶设计、轴流和离心之间设置放气阀门，提高了发动机中低转速气动稳定性；燃烧室采用低污染小流量离心喷嘴，获得了良好的燃烧室效率和出口温度场；采用了多腔回流通道、冲击、气膜等多种组合冷却方式的涡轮叶片冷却设计，得到了较高的冷却效率，提高了整机循环参数；发动机耗油率、功重比等参数与国际先进水平相当。
在提高可靠性方面，AES100发动机的燃气涡轮和动力涡轮采用带轴承共腔结构的涡轮间过渡段支承布局，缩短发动机轴向长度，简化了发动机构型；附件机匣采用了管路内置和成附件集成化方案，使外部管路减少了70%；通过对冲击、气膜和发散组合冷却的布局优化，大幅降低了燃烧室壁温，提高了可靠性和寿命；部分零部件采用了整环结构，无余量整体精密铸造成形，减少零件数量。
AES100发动机技术指标
在安全性方面，根据适航规章要求，AES100发动机开展了适航符合性技术研究，采取了多项安全设计措施。其数控系统采用了全权限数字式电子控制系统，重要传感器、电液伺服阀、软件、超转保护电路等均采用了多余度设计，提升了系统的安全性；通过叶片包容性设计，避免因负载丢失导致涡轮破裂击穿机匣，提高了发动机安全裕度；压气机叶片采用了多学科优化设计，提高了叶片抗外物损伤能力，使发动机能适应更加恶劣的外部环境；燃油系统、滑油系统以及成附件均采用了防火设计，确保发动机安全；通过采用抗污染设计，提高了燃油系统伺服机构的抗燃油污染能力。
AES100发动机
在环境适应方面，AES100发动机针对中国地域广袤，高原环境多的特点，留有较大的设计功率裕度，能保证在我国的广大领域使用；整体气动和构型布局具有较大的功率增长潜力，可通过更换增大流量的压气机，进行适应性改进，实现功率增长；为适应结冰环境，进气装置采用了多层结构，使进气机匣与滑油箱、防冰系统一体化，同时具备防冰功能和滑油储存功能。燃烧室优化了涡流器与燃油喷嘴匹配，在提高燃烧效率的同时还大幅减少发动机在大功率状态下的污染排放。
在保障性和维修性方面，发动机采用了单元体设计，可较方便地实现维护和维修工作；在不同位置设了多个检查孔，可在不拆下发动机的条件下用孔探仪检查压气机叶片、燃烧室和涡轮叶片；装备机载发动机监控组件和地面分析系统的健康管理系统，具有性能预测、寿命管理、振动诊断、润滑系统检测等功能，可极大提高使用维修性。
AES100发动机
2024年9月6日，中国航空发动机集团有限公司（ 中国航发 ）自主研制的1000kW级民用涡轴发动机AES100在北京获颁中国民用航空局型号合格证。AES100发动机是我国第一型严格按照国际通行适航标准自主研制、具有完全自主知识产权的先进民用涡轴发动机，设计功率1100kW、耗油率0.276kg/(kW·h)、首翻期3000h，采用先进材料和功能部件，具有高效率、低油耗、长寿命、高安全性等优势，可满足双发5～6t级直升机和单发3～4t级直升机动力需求，综合性能达到当代国际先进水平。AES100发动机成功取证，标志着我国具备按照国际通行适航标准自主研制先进民用涡轴发动机的能力。
AES100获颁中国民用航空局型号合格证
参考文献
[1] 俞裕民.T406涡轴发动机的设计与发展特点[C]//中国航空学会首届直升机动力装置学术讨论会.1991.
[2] 李炎,王旭,李明.重型直升机及其动力的发展分析[J].航空动力, 2020(1):5.
[3] 李明,肖蔓.美国CH-53K重型直升机及T408涡轴发动机发展分析[J].航空动力, 2022(1):6.
[4] 刘翠玉.俄罗斯涡轴发动机的创新发展[J].航空动力, 2021(5):19-22.
[5] 高艳蕾,张弓,吴晶峰,等.中国自研民用涡轴发动机AES100获颁型号合格证[J].国际航空, 2024(9):13-16.
[6] 李概奇,杨锐,王旭,等.奋进中的AES100先进民用涡轴发动机[J].航空动力, 2022(5):3.
[7] 王旭,谢亚东.AES100:为中轻型直升机提供强劲动力[J].航空动力, 2018(4):2.
[8] 张娜.俄罗斯中央航空发动机研究院2022年工作盘点[J].国际航空, 2023, 000(8):4.
[9] 李永佳,宫新华.以国际合作,促自主研发——涡轴16发动机的创新发展之路[J].航空动力, 2019(6):4.
[10] 石建成,单晓明.涡轴16:中法合作的结晶[J].航空动力, 2018(4):3.
[11] 王士奇.阿内托:赛峰的新一代涡轴发动机[J].航空动力, 2019(3):4.
[12] 肖蔓.H160直升机及阿拉诺涡轴发动机发展[J].航空动力, 2022(2):21-23.
[13] 肖蔓.美国轻型侦察直升机及其动力装置的发展[J].航空动力, 2020(5):5.
[14] 李明,肖蔓.美国CH-53K重型直升机及T408涡轴发动机发展分析[J].航空动力, 2022(1):6.
[15] 俞裕民.T406涡轴发动机的设计与发展特点[C]//中国航空学会首届直升机动力装置学术讨论会.1991.
[16] 佳力.T406-AD-400涡轴发动机[J].国际航空, 1989(9):3.
[17] 蔡婧,蔡汝鸿.V-22"鱼鹰"倾转旋翼机研制历程与关键技术[J].航空科学技术, 2013(3):4.
[18] 胡英俊.V-22"鱼鹰"详析[J].舰载武器, 2004(1):69-77.
[19] 文达."支奴干"和"黑鹰"的升级计划[J].航空世界, 2002(2):11-12.
[20] 水鸿."支奴干"家族—CH-47及其改进型号介绍[J].兵器, 2018(2):8.
[21] 周新新,陈玉春,樊巍,等.涡轴发动机技术参数与发展趋势评估[J].航空工程进展, 2013, 4(2):8.
声明：本文图片来源于网络，仅供交流分享
发布于：辽宁省扬帆配资提示：文章来自网络，不代表本站观点。
