@airbunny邀

背景：我完全不懂「汽油機」，渦軸發動機理解也不深刻。懂一點渦扇發動機。在知乎勉強算有點資格試答此題。期待更專業的同學。

我完全不懂這個問題究竟要問什麼。沒有限定條件和應用領域怎麼比較優劣？我自己想了幾個切入點說說吧。

良好的定義是解決問題的先決條件（口頭禪）。 「汽油機」這個概念並不十分準確，我估計是指的以汽油為燃料的往複式活塞內燃機。

以下明確幾個概念：「發動機」這一術語是指將其他形式的能轉化為機械能的機器，如果將其他形式的能限定為燃燒燃料釋放的內能，則也可稱為「熱機」。熱機依據工質獲得內能的方式（也可以理解為燃燒室的相對位置）分為內燃機和外燃機，請注意這兩種分類並無優劣之分，外燃機有其獨特的優勢。目前在AIP技術中獲得應用的斯特林發動機（Stirling engine）就是典型的外燃機。對於內燃機，基本的原理包括活塞式和渦輪式，另有（純）噴氣式（衝壓發動機）。作為常見交通工具的動力源，活塞式發動機常用於車輛，之前也用於飛行器，隨著渦輪式發動機的出現，目前已經基本退出航空領域。

再精細的劃分下去，針對渦輪軸發動機，其主要特點是在普通渦輪後裝備了自由渦輪，該自由渦輪並不帶動壓氣機，而是連接傳動部件將動力傳遞出去。而活塞式發動機按照活塞運動方式由分為往複式、旋轉式和自由式。最廣泛使用的還是往複式活塞發動機。

終於來到了我們要討論的目標：渦輪軸發動機和往複式活塞發動機（此時還不涉及燃料問題）。

首先，渦輪式發動機對比活塞式發動機有其天生優勢。沒有衝程這一概念，所有做功流程都在渦輪旋轉中完成，沒有活塞慣性的限制，理論上轉速極限高得多，結構簡單，運動部件少，工作狀態一旦穩定下來基本就可以視作定常狀態。輸出功率大，推重比優勢也比較明顯。在壽命特性方面：除了支承軸承之外沒有摩擦存在，保證進氣質量、做好氣路監控、防止EGT超溫之後就是主要交給材料和構型的疲勞壽命了。活塞式發動機則不然，上面說的問題都存在。

其次，活塞發動機主要的優勢在於可以小型化，而目前渦輪發動機的小型化進展十分艱難。而且渦輪發動機設計中氣路分析佔得比重太大，限於目前熱力學和流體力學的發展，氣路分析技術還在較為初級的層次。而活塞式發動機在活塞連桿機構之後就是機械傳動了，研究較為成熟。渦輪發動機的製造工藝也較為複雜，價格較高。

最後，渦輪式發動機對於進氣品質的要求較高，除了需要進氣道的精心設計之外，還需要有足夠的來流質量和空氣質量（含氧量、粉塵），進一步限制了其應用。

綜上，渦輪發動機更適合能夠保證進氣品質、對重量體積要求不嚴格、對功率要求較大的領域。活塞發動機則反之。上述結論體現在兩者在航空和汽車方面的應用。

而對於渦輪軸發動機，其排氣中包含的功率較小，絕大部分輸出功率均由自由渦輪帶動傳動軸輸出。故發動機佈置更為靈活。其減速系統就不多說了。

至於直升機的發動機選擇，建議使用渦輪軸發動機，除非對於重量體積或成本的要求非常苛刻。

最後說明下，關於渦輪發動機的健康壽命方面，是極為複雜的一個問題，在這裡就不多講了。
渦軸貴，效率高，但是小功率的優勢不明顯。渦軸發動機的輸出轉速在4萬轉以上，相比活塞的6000需要比較大的減速器。

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