起源

涡轮螺旋桨发动机的研究工作最早可追溯到二战之前，早在1930年，英国皇家空军技术军官弗朗克・惠特尔爵士（ Frank Whittle）就率先提出了涡轮喷气式推进的概念，从而被公认为“现代喷气式发动机之父”。惠特尔的喷气式发动机理念先进，但是推进效率非常低下，名不见经传的匈牙利工程师雅各・简德拉斯克（Gy rgy Jendrassik）在惠特尔的研究基础之上，提出了一个新的发动机概念――涡轮螺旋桨发动机，他的思路是：若喷气式飞机的飞行速度一定，要提高喷气式发动机的推进效率，就要尽量加大喷气式发动机的气流量（即简单理解为在同等发动机功率的条件下尽量推动更多的空气），这样就可降低喷气式发动机排气速度和飞行速度的差值，从而提高发动机的推进效率。如能在涡轮喷气发动机上装一副由涡轮驱动的螺旋桨就可以有效加大喷气式发动机的迎风面，大幅增加喷气式发动机的气流量，并能降低喷气式发动机排气速度，从而显著提高喷气式发动机的推进效率，这就是今天的涡轮螺旋桨发动机的最初雏形，按照航空发动机技术发展的观点看，也可将涡轮螺旋桨发动机理解为外涵道（或者说涵道比）无限大的涡轮风扇发动机。

雅各・简德拉斯克根据自己的研究成果，于1937年设计了世界上第一种涡轮螺旋桨发动机CS-1，并用自己的名字给新发动机命名，据推算CS-1功率达到294千瓦。1940年，雅各・简德拉斯克的CS-1涡轮螺旋桨发动机进行了地面试车，并计划装在匈牙利国产Varga RMI-1 X/H型双发侦察/轰炸机上进行飞行试验。但随着二战的爆发，匈牙利被绑上纳粹德国的战车，CS-1涡轮螺旋桨发动机的发展被迫取消。

萌芽

二战中，涡轮喷气式发动机得到了迅猛的发展，在1945年二战结束前夕，德国已经有13种喷气式发动机实现了飞行，其中发展最为成熟、走得最远的喷气式发动机，也被公认为是现代喷气式发动机鼻祖的就是容克斯公司的Jumo-004发动机，Jumo-004是世界上最早投入使用的喷气式发动机，也是最早使用的轴流式喷气式发动机。世界上第一种投入实战的喷气式战斗机Me-262所使用的就是Jumo-004发动机。在整个战争期间，德国一共生产了6000余台各型Jumo-004发动机，用以装备Me-262战斗机，AR-234轰炸机，GO-229飞翼机，Ta-183战斗机等。

二战结束后，美国和苏联的战后第一代战斗机所使用的喷气式发动机都是以Jumo-004为蓝本进行设计的。

Jumo-004发动机是革命性的，但是缺点也十分突出：使用寿命短（Jumo-004B-1为20小时）、推进效率低、油耗大（Me-262的最大航程只有区区1000千米，作战半径400千米左右）。这些缺点严重限制了Me-262战斗机的作战效能发挥。为了克服这些问题，德国工程师开始在Jumo-004的基础上研究涡轮螺旋桨发动机的改进方案，最主要的改进措施是将Jumo-004的1级涡轮变成2级涡轮，并降低涡轮的转速（从8700转/分降低到5000转/分），并通过减速齿轮使两个涡轮的转速不同，并驱动不同的转动轴，转速较快的涡轮用于驱动压气机，而转速较慢的涡轮通过减速齿轮减速后用于驱动两副对转的螺旋桨，这样不仅提高了发动机的整体推进效率，还通过降低转速减小了涡轮的磨损，延长了发动机的使用寿命。其他改进措施还包括将Jumo-004的压气机级数从8级增加到11级，以此来提升压气机的空气压缩效率，同时还将Jumo-004的燃烧室数量从6个增至8个来提升燃料的燃烧效率等。通过以上改进，德国空军的涡轮螺旋桨发动机Jumo-022诞生了。

Jumo-022是德国空军梦寐以求的革命性发动机，功率达到3677千瓦。但随着德国的战败，苏联全盘接收了Jumo-022的技术资料和研制人员，苏联库兹涅佐夫设计局（Kuznetsov）将Jumo-022放大，研制出了11032千瓦的NK-12巨型涡桨发动机，并成功应用于图-95“熊”战略轰炸机、安-22军用运输机和图-114民用运输机上。

而位于乌克兰的伊伏琴柯设计局（Ivchenko）则继续改进Jumo-022，并研制出了安-12运输机（运8）上使用的Al20（涡桨6）发动机，Al20发动机的缩小版就是安-24（运7）上使用的Al24（涡桨5）。

德国空军的另一个涡轮螺旋桨发动机研究项目是戴姆勒・奔驰公司的DB・021项目，DB・021涡桨发动机源于亨克尔公司的HeS-011涡喷发动机，即利用HeS-011的涡轮驱动一幅六叶螺旋桨，来提高推进效率。DB・021可大幅提升德国空军喷气式作战飞机的性能。一旦DB・021研制成功，Me-262在飞行速度不大幅下降的前提下，航程可提升2倍以上，作战半径能够提高到近1000千米。在DB・021投产前，德国工程师就计划在Me-262的基础上发展多种先进涡轮螺旋桨发动机作战飞机，包括先进的高空战斗机、截击机、海上巡逻机、中程轰炸机、对地攻击机、多用途侦察机等，同时Me-262的作战效能也将大幅提升，但这些图纸飞机都随着纳粹德国的快速崩溃而灰飞烟灭。

成长

涡轮螺旋桨发动机在民用飞机上的成功应用最初兴起于战后的英国，1942年，英国开始研制本国第一台涡桨发动机罗尔斯・罗伊斯的RB・50“遄达”（Trent），RB・50的结构设计是在“德温特”（Derwent）离心式喷气发动机（格洛斯特“流星”战斗机的动力）转轴前端装上由涡轮和减速齿轮盒驱动的5叶螺旋桨（直接来自“超级海喷火”战斗机的螺旋桨），堪称喷气式发动机和活塞螺旋桨发动机结合的怪胎。RB・50于1944年6月首次运转，经过633小时试车后于1945年9月20日安装在格罗斯特“流星”战斗机上进行了试飞，并进行了298小时飞行试验，最终研制成功。

RB・50是世界上第一种投入使用的涡桨发动机，在其基础上发展的RB・53更是在商业上大获成功，而以RB・53为动力的维克斯公司“子爵”飞机成为了世界上第一架涡轮螺旋桨动力客机。RB・53涡轮螺旋桨发动机天生就具有众多优点：功率大、功重比大、功重比高。另外由于减少了运动部件，尤其是没有做往复运动的活塞，涡轮螺旋桨发动机运转稳定性好、噪声小、工作寿命长、维修费用也较低，而且涡轮螺旋桨发动机的适用高度范围和适用速度范围都要比活塞式发动机高很多。因此“子爵”飞机和同期的活塞式发动机客机（例如美国道格拉斯公司的DC-6、DC-7以及波音公司的波音377）相比，优势明显。“子爵”飞机速度更快，可达每小时576千米；“子爵”飞机可飞得更高，使巡航高度处在平流层，让旅客乘坐更舒适。这两大优势使“子爵”投入使用后很受欢迎，就连中国也于1963年购买了6架。

兴起

20世纪60年代，因螺旋桨在最大功率、尺寸和飞行速度方面的限制，在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代，但在中小型运输机和通用飞机上仍有一席之地。

与航空活塞式发动机相比，涡桨发动机具有功重比大、迎风面积小、振动小等优点，特别是随着飞行高度的增加，其性能更为优越；与涡轮喷气和涡轮风扇发动机相比，它又具有耗油率低、起飞推力大等优点。因此，涡桨发动机的这些特点对于往返于中小型机场甚至简易机场的短、中程运输飞机和通用飞机（飞行速度400～800千米/时）来说是非常适宜的。

其中加拿大普惠公司的PT6A发动机是典型代表，40年来，这个功率范围350～1100千瓦的发动机系列已发展出30多个改型，用于144个国家的近百种飞机，共生产了3万多台。

而美国早在1956年就装备了自己的涡桨发动机T56/501，用于C-130运输机、P-3C反潜巡逻机和E-2C预警机，并大获成功。T56/501系列涡桨发动机至今共生产了17000多台，出口到50多个国家和地区。

在20世纪70―80年代，由于爆发了两次石油危机，使得布伦特原油价格从1969年的11美元/桶暴涨到1981年的53美元/桶，这使得对能源价格极度敏感的航空公司的运营成本居高不下，而经济省油的涡桨发动机再次获得航空业界的青睐，并掀起了一阵性能上介于涡桨发动机和涡扇发动机之间的“桨扇发动机热”。一些著名的发动机公司都在不同程度上进行了试验，其中GE公司的无涵道风扇（UDF）GE36曾进行了飞行试验，GE公司在同一架双发麦道商用飞机MD81的尾部同时吊挂上GE36桨扇发动机和常规涡扇发动机，使用不同的两种发动机进行对比试飞，结果，使用桨扇发动机时，飞机的油耗下降了49%，对比试飞结果非常惊人。

浆扇发动机的最大缺点是噪声比较大。这让其难以在客机上进行推广，因为航空公司首先追求的是低噪声，然后才是省油。所以截至目前只有安-70这一种运输机使用了桨扇发动机。

未来

而在能源价格大幅波动的今天，涡桨飞机在支线飞机市场上仍有自己的一席之地。近年来，欧洲ATR公司和加拿大庞巴迪公司生产的ATR系列和Q系列涡桨动力支线客机的市场份额逐年上升，并有侵蚀喷气式支线客机市场份额之势。其原因就是涡桨发动机的单位重量推力油耗（TSFC）是所有种类发动机中最小的，经济性最好。

涡桨发动机的TSFC很小，效率高，但是使用涡桨发动机的飞机飞行速度低（700千米/时以下，或者马赫数0.65以下），原因是涡桨发动机风扇的叶片比较大，转速不能太快，如果涡桨发动机的叶片接近声速，就会导致声障的发生，产生的激波会降低发动机的效率。因此，一旦使用涡桨发动机的飞机飞行速度达到马赫数0.65，其燃油效率便会急剧下降。

为了降低螺旋桨转速，涡轮与螺旋桨之间需要有一个变速齿轮，使其叶端不超过声速，这个变速齿轮一是增加了重量，二是带来一些功率上的损耗。为了解决这个问题，即获得速度更快耗油率又很低的发动机，美国GE、英国罗罗以及法国斯奈克玛公司正在积极开发“开转子发动机”（桨扇发动机的时髦称呼），其应用前景也不容小觑。

由于开转子发动机转子的直径小于涡桨发动机的螺旋桨，但是又大于涡扇发动机的风扇，因此在性能上可兼顾转速和效率。开转子发动机的发动机叶片短小、叶片密度大，每片叶片的前后缘都设计成弯曲带后掠角，可以很高的转速旋转。与涡扇发动机相比，它减少了变速齿轮，即少了一个减速器，结构更加紧凑、效率更高。因此，开转子发动机的TSFC甚至比涡桨发动机还要高。本质上，也可以把开转子发动机看成是涵道比超高的涡轮喷气式发动机。使用开转子发动机的飞机飞行速度较高（900千米/时以上，或者马赫数0.8以上），适用于大型干线商用飞机。

例如，英国罗罗公司正在研究的两转子/三转子开转子发动机的燃油效率不仅比现有150座单通道客机的涡扇发动机（CFM56系列）提高30%之多，而且和下一代150座单通道客机涡扇发动机（CFM公司的LEAP发动机和普惠公司的GTF齿扇发动机）相比，开转子发动机的燃油效率仍然要高10%左右。因此，开转子发动机仍然是未来商用飞机发动机的有力竞争者。