圖：PW150發(fā)動(dòng)機(jī)
圖：PW150B、C冷門到什么程度？現(xiàn)在該公司官網(wǎng)、英文維基頁面上，都找不到這兩個(gè)型號(hào)。
在接近4000千瓦的功率級(jí)別，這樣（三軸渦槳）的西方先進(jìn)型號(hào)雖然非常冷門，全世界內(nèi)的裝備使用量很少，但確實(shí)存在——而且確實(shí)和中國(guó)有密切的合作關(guān)系，它就是加拿大普惠公司的pw150。
三：PW150B、C是應(yīng)中國(guó)運(yùn)8、新舟700項(xiàng)目之邀研發(fā)的改型
PW150是加拿大普惠PW100系發(fā)動(dòng)機(jī)的放大型。PW100最初是1976年開始設(shè)計(jì)的小功率渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，早期型號(hào)的重量只有391公斤，功率1342千瓦。
在經(jīng)過多次放大后，PW150A型的重量提升到717公斤，長(zhǎng)度從2057毫米加長(zhǎng)到2423毫米，寬度從635毫米提高到767毫米，設(shè)計(jì)功率達(dá)到4847-5592千瓦。
由于裝備它的客機(jī)噸位有限，并不需要太高功率，PW150A實(shí)際使用中的額定功率被確定為3620千瓦，以功率換取油耗、壽命、維護(hù)費(fèi)用的改善
圖：PW150A僅裝備了原加拿大龐巴迪公司DHC-8支線客機(jī)系列中的Q400，該機(jī)目前在全球范圍內(nèi)交付使用的數(shù)量近600架，是一個(gè)非常小眾的型號(hào)。
圖：新舟700是國(guó)內(nèi)正在研發(fā)的支線客機(jī)，該機(jī)是在運(yùn)7系的新舟60基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面重大改進(jìn)的產(chǎn)物
圖：2014年加拿大普惠與中方就MA700飛機(jī)簽訂發(fā)動(dòng)機(jī)合同的新聞宣傳照片
PW150B是在PW150A基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)運(yùn)8F-600和俄羅斯安-132兩個(gè)型號(hào)發(fā)展的型號(hào)?；驹O(shè)計(jì)都維持不變，主要是針對(duì)飛機(jī)的安裝需求，對(duì)外圍的附件位置、油液電氣等各種接口進(jìn)行調(diào)整。
不過最后中、俄均未正式批量采購(gòu)、裝備該機(jī)型，安-132項(xiàng)目在停滯多年后于去年正式取消。PW150C與B型類似，但它是針對(duì)新舟700開發(fā)的型號(hào)。
四：PW150是中型渦槳機(jī)中的非主流，設(shè)計(jì)特征極其明顯
PW150的設(shè)計(jì)在中型渦槳機(jī)中極其特殊，它不僅采用了三轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，而且還采用了“軸流+離心式”的壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)——這與它的特殊身份，即小發(fā)的放大版本有直接關(guān)系。
渦輪航發(fā)中的葉片，主要有兩種類型：軸流式與離心式。常見的電風(fēng)扇葉片就是軸流式，它將氣流推向自己的前后方；波輪式洗衣機(jī)中，攪動(dòng)水流的葉片就是離心式的，它把水流從側(cè)向甩出去。
在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，中大型發(fā)動(dòng)機(jī)的航發(fā)葉片，都會(huì)選擇多級(jí)軸流式，使氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)到噴口的總流經(jīng)路徑最短、效率最高。但是這種設(shè)計(jì)不適合小發(fā)：
圖：注意軸流式葉片和機(jī)匣之間的空隙
在發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸縮小到一定級(jí)別后，軸流式葉片的效率會(huì)迅速降低，氣動(dòng)損失會(huì)急劇上升。這涉及到很多原因：
比如葉片和機(jī)匣之間總要留出間隙、預(yù)防碰刮，不能繼續(xù)縮小；此時(shí)葉片越小，間隙的面積比例就會(huì)越大——壓縮空氣時(shí)“漏氣”的現(xiàn)象就越嚴(yán)重。而且葉片的根部速度較小，是一個(gè)效率較低的區(qū)域，在尺寸不斷縮小后，這個(gè)低功、低效率區(qū)的比例開始變大。
另外葉片變得太短太薄以后，自身強(qiáng)度和剛度無法得到保障，由此導(dǎo)致的制造難度迅速升高，也進(jìn)一步顯著降低了軸流式葉片設(shè)計(jì)的性價(jià)比。
圖：中法聯(lián)合研制的渦軸16，壓氣機(jī)采用了兩級(jí)的離心葉片設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)最早接觸高性能離心壓氣機(jī)，和自由渦輪一樣，也是在引進(jìn)的海豚直升機(jī)的阿赫耶發(fā)動(dòng)機(jī)上
在60-70年代后，在小型航發(fā)上，對(duì)氣流推動(dòng)方式完全不同的離心式壓氣機(jī)，成為了核心突破方向；一級(jí)新型離心壓氣機(jī)，壓縮空氣的能力抵得上軸流式的好幾級(jí)。但這種高效率，建立在一個(gè)至關(guān)重要的基礎(chǔ)上——它的轉(zhuǎn)速，必須比軸流式的葉片要高得多。
圖：歐洲TP400-D6三軸發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓壓氣機(jī)（源于M88中推發(fā)動(dòng)機(jī)）的最大轉(zhuǎn)速是18430轉(zhuǎn)/分，低壓壓氣機(jī)最大轉(zhuǎn)速10464轉(zhuǎn)/分
受制于材料的強(qiáng)度性能，葉片的尺寸越大，相同轉(zhuǎn)速下葉尖部分的速度也越大，它能承受的轉(zhuǎn)速就越低。只有小發(fā)才能承受更高的轉(zhuǎn)速，小型發(fā)動(dòng)機(jī)和中大型發(fā)動(dòng)機(jī)，最核心的設(shè)計(jì)差異之一，就在于轉(zhuǎn)子允許的轉(zhuǎn)速上。
小型渦輪類航發(fā)的設(shè)計(jì)精髓之一，就在于用大型發(fā)動(dòng)機(jī)無法承受的高轉(zhuǎn)速來換取效率，進(jìn)而在足夠小的體積和重量限制下，獲得最大的動(dòng)力，并把油耗控制在可接受的水平
比如黑鷹直升機(jī)的T700發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到44770轉(zhuǎn)每分。但戰(zhàn)斗機(jī)的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)，比如F15戰(zhàn)斗機(jī)的F100的高壓壓氣機(jī)，轉(zhuǎn)速最大也只有13450轉(zhuǎn)/分——如果它也轉(zhuǎn)44770，幾秒鐘就得葉片崩光、發(fā)動(dòng)機(jī)解體。
圖：PW100發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)展示，它的高、低壓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向是相反的。注意藍(lán)色和紅色涂漆的部分，它們分別代表空氣和燃燒生成的燃?xì)?。注意離心葉片是把氣流高速甩向四周的，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流動(dòng)路線變得十分曲折，多處出現(xiàn)90度、甚至180度的變向。
上圖PW100發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中，紅箭頭指向高壓轉(zhuǎn)子：左側(cè)高壓壓氣機(jī)（離心式葉片），右側(cè)高壓燃?xì)鉁u輪，它們共用高壓渦輪軸。黃箭頭指向低壓轉(zhuǎn)子：左側(cè)低壓壓氣機(jī)（離心式），右側(cè)低壓燃?xì)鉁u輪，共用一根傳動(dòng)軸。藍(lán)箭頭指向自由渦輪轉(zhuǎn)子：2級(jí)動(dòng)力渦輪，帶動(dòng)橫穿發(fā)動(dòng)機(jī)中心的功率輸出軸。
PW100系列，最初就是以高效離心式壓氣機(jī)作為核心基礎(chǔ)的小型發(fā)動(dòng)機(jī)——只有兩級(jí)壓氣葉片，全部是離心式的。
到了PW150A上，由于發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸的加大，葉片的轉(zhuǎn)速就必須降低。前面的低壓壓氣機(jī)葉片直徑最大，再保留離心式葉片就得不償失，于是換成了三級(jí)的軸流式葉片。
圖：PW 150發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。綠色、淺藍(lán)、深藍(lán)，分別對(duì)應(yīng)高壓燃?xì)鈾C(jī)、低壓燃?xì)鈾C(jī)、自由渦輪這三個(gè)轉(zhuǎn)子
圖：PW 150發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。紅箭頭指向高壓燃?xì)廪D(zhuǎn)子，由一級(jí)離心式高壓壓氣機(jī)葉片（左）和一級(jí)軸流式渦輪（右）組成。綠箭頭指向低壓燃?xì)廪D(zhuǎn)子，包括左側(cè)三級(jí)低壓壓氣機(jī)葉片、右側(cè)低壓渦輪，共用一根傳動(dòng)軸。藍(lán)色箭頭指向自由渦輪轉(zhuǎn)子，由兩級(jí)動(dòng)力渦輪和橫穿整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中心的功率輸出軸組成。紫色箭頭指向減速器。
五：PW150的代價(jià)和局限，就是它的設(shè)計(jì)沒有在中大型渦槳機(jī)中成為主流的原因
只用三級(jí)軸流式葉片，就能達(dá)到其它主流設(shè)計(jì)機(jī)型好幾級(jí)軸流葉片的壓氣性能，當(dāng)然是有代價(jià)的——它的轉(zhuǎn)速依然超過27000轉(zhuǎn)/分。更為甚之的是末端的離心式高壓壓氣機(jī)，為了保障離心式設(shè)計(jì)有足夠高的效率，它在尺寸放大后，轉(zhuǎn)速依然高達(dá)31150轉(zhuǎn)/分。
超出常規(guī)主流設(shè)計(jì)2倍以上的轉(zhuǎn)速、用轉(zhuǎn)速換取效率，這種繼承自小型航發(fā)的思路，是PW150在中型渦槳機(jī)中最為明顯的獨(dú)特設(shè)計(jì)特征。這個(gè)相對(duì)自身級(jí)別而言高得異乎尋常的轉(zhuǎn)速，在PW150設(shè)計(jì)制造、使用維護(hù)中，帶來了大量的棘手問題，堪稱麻煩之源。
圖：公開論文《某渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪盤破裂試驗(yàn)故障分析與試驗(yàn)驗(yàn)證》，這根軸是試驗(yàn)儀器上用于驅(qū)動(dòng)渦輪盤的部件，被扭斷的原因就是高轉(zhuǎn)速下失去平衡
對(duì)于4千瓦級(jí)別及更大的中、大型渦槳機(jī)，PW150這種“離心葉片+超高轉(zhuǎn)速”的設(shè)計(jì)特征，均有其特殊的歷史繼承因素在里面，是限于舊有發(fā)動(dòng)機(jī)基本構(gòu)架的妥協(xié)性產(chǎn)物。在同等級(jí)別水平的原生方案競(jìng)爭(zhēng)中，它不是最優(yōu)選擇。
特別是如果要進(jìn)一步設(shè)計(jì)更大功率級(jí)別的改進(jìn)型號(hào)，PW150這個(gè)構(gòu)架的發(fā)展?jié)摿Ψ浅Ｐ?，要么需要付出極大的代價(jià)，去繼續(xù)維持超高的轉(zhuǎn)速；要么必須把舊有的壓氣機(jī)設(shè)計(jì)，全面拋棄、推倒重來。
結(jié)語：
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