@airbunny邀

背景：我完全不懂「汽油机」，涡轴发动机理解也不深刻。懂一点涡扇发动机。在知乎勉强算有点资格试答此题。期待更专业的同学。

我完全不懂这个问题究竟要问什么。没有限定条件和应用领域怎么比较优劣？我自己想了几个切入点说说吧。

良好的定义是解决问题的先决条件（口头禅）。 「汽油机」这个概念并不十分准确，我估计是指的以汽油为燃料的往复式活塞内燃机。

以下明确几个概念：「发动机」这一术语是指将其他形式的能转化为机械能的机器，如果将其他形式的能限定为燃烧燃料释放的内能，则也可称为「热机」。热机依据工质获得内能的方式（也可以理解为燃烧室的相对位置）分为内燃机和外燃机，请注意这两种分类并无优劣之分，外燃机有其独特的优势。目前在AIP技术中获得应用的斯特林发动机（Stirling engine）就是典型的外燃机。对于内燃机，基本的原理包括活塞式和涡轮式，另有（纯）喷气式（冲压发动机）。作为常见交通工具的动力源，活塞式发动机常用于车辆，之前也用于飞行器，随著涡轮式发动机的出现，目前已经基本退出航空领域。

再精细的划分下去，针对涡轮轴发动机，其主要特点是在普通涡轮后装备了自由涡轮，该自由涡轮并不带动压气机，而是连接传动部件将动力传递出去。而活塞式发动机按照活塞运动方式由分为往复式、旋转式和自由式。最广泛使用的还是往复式活塞发动机。

终于来到了我们要讨论的目标：涡轮轴发动机和往复式活塞发动机（此时还不涉及燃料问题）。

首先，涡轮式发动机对比活塞式发动机有其天生优势。没有冲程这一概念，所有做功流程都在涡轮旋转中完成，没有活塞惯性的限制，理论上转速极限高得多，结构简单，运动部件少，工作状态一旦稳定下来基本就可以视作定常状态。输出功率大，推重比优势也比较明显。在寿命特性方面：除了支承轴承之外没有摩擦存在，保证进气质量、做好气路监控、防止EGT超温之后就是主要交给材料和构型的疲劳寿命了。活塞式发动机则不然，上面说的问题都存在。

其次，活塞发动机主要的优势在于可以小型化，而目前涡轮发动机的小型化进展十分艰难。而且涡轮发动机设计中气路分析占得比重太大，限于目前热力学和流体力学的发展，气路分析技术还在较为初级的层次。而活塞式发动机在活塞连杆机构之后就是机械传动了，研究较为成熟。涡轮发动机的制造工艺也较为复杂，价格较高。

最后，涡轮式发动机对于进气品质的要求较高，除了需要进气道的精心设计之外，还需要有足够的来流质量和空气质量（含氧量、粉尘），进一步限制了其应用。

综上，涡轮发动机更适合能够保证进气品质、对重量体积要求不严格、对功率要求较大的领域。活塞发动机则反之。上述结论体现在两者在航空和汽车方面的应用。

而对于涡轮轴发动机，其排气中包含的功率较小，绝大部分输出功率均由自由涡轮带动传动轴输出。故发动机布置更为灵活。其减速系统就不多说了。

至于直升机的发动机选择，建议使用涡轮轴发动机，除非对于重量体积或成本的要求非常苛刻。

最后说明下，关于涡轮发动机的健康寿命方面，是极为复杂的一个问题，在这里就不多讲了。
涡轴贵，效率高，但是小功率的优势不明显。涡轴发动机的输出转速在4万转以上，相比活塞的6000需要比较大的减速器。

推荐阅读：
相关文章