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 单转子核心机示意图
有着以上这些弊端，因此二代直升机的涡轴动力普遍性能还处于“勉强够用”阶段。比如美国通用电气的T-53-L-1涡轴，起飞油耗0.37千克/千瓦时，总压比仅为7.4。苏联的TV-2-117A涡轴，起飞油耗0.374千克/千瓦时，总压比仅为6.6。虽然已经比第一代直升机的活塞动力有不小的改善，但单转子涡轴指标的落后依然严重影响着二代直升机的航程，可靠性以及任务灵活性。随着航空动力学的进步，工程师终于找到了解决单转子涡轴弊端的途径，那就是——双转子涡轴，也成功推动了第三代直升机的出现。
美国第二代直升机代表UH-1休伊直升机
第三代直升机开始使用双转子涡轴，与单转子涡轴不同，双转子涡轴引入第二根同心轴与自由涡轮概念，燃气涡轮推动压气机，而自由涡轮充当动力涡轮，单独驱动输出轴。这样做的好处在于可以将高压转子的转速提高到最优区间，而低压转子通过合理的叶片变距来实现转速控制，进而降低输出轴转速，减轻减速器负担，有效提高了可靠性。并且双转子涡轴的高压转子可以有效减少压气机级数，有效增大喘振裕度，不再需要放气活门。增大压比和涡前温度以提高循环系数，在更小的尺寸下达到更高的功率水平，增大了功重比。最后，更优的高低压涡轮配比在降低油耗的同时也提高了输出轴的扭矩，为直升机的单发失效状态下的应急功率带来了更大的冗余度，提高了三代直升机的安全性。例如俄罗斯的米-17河马直升机所使用的TV3-117VM涡轴，其采用双转子构型，其起飞油耗仅0.319千克/千瓦时，增压比提升至了9.4，而功重比更是高达5.16。而中国的三代涡轴主要有涡轴-9，其应用于直-10武装直升机。采用的双转子构型，拥有957千瓦的起飞功率和5.4的功重比，油耗也降低到了0.311千克/千瓦时。是一款完全自主研制的三代涡轴发动机。
装备涡轴-9发动机的中国第三代直升机直10（图片来源于百度图片）
涡轴-9是中国株洲动力研究所研制的三代涡轴
随着材料水平的进步，可以承受更高温度的燃烧室和可以承受更大转速的叶片相继问世，工程师们开始采用温度更高的燃烧室和离心式压气机来提升涡轴发动机的指标，而电子技术的进步也让涡轴发动机开始引入数字化控制概念。硬指标与数字化控制的发展使得直升机动力产生了第四次质变，推动了四代直升机动力的诞生。
 四代涡轴典型结构
第四代直升机开始采用引入了离心压气机甚至纯离心压气机概念，例如欧洲虎式武装直升机，采用两台透博梅卡MTR-390涡轴，该涡轴压气机仅有两级，且均为离心压气机，离心压气机由于形状特殊性，可以承受更大的扭矩，因此该发动机增压比有了质的提升。在高达1423开的涡前温度下，其总压比高达14。这是三代涡轴所无法达到的指标。而0.28千克/千瓦时的油耗和5.8的功重比也相较于三代涡轴有所提升。除了硬指标的提升，MTR-390涡轴还引入了全权限数字式发动机控制器（FADEC）。通过数字控制实现更精确的燃油计量、发动机故障检测、稳定引气与放气以及压气机控制。对发动机的输出性能，运行可靠性，油耗及功率调节的精确性有了质的提升。
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