空氣首先進入的是發動機的進氣道,當飛機飛行時,可以看作氣流以飛行速度流向發動機,由於飛機飛行的速度是變化的,而壓氣機適應的來流速度是有壹定的範圍的,因而進氣道的功能就是通過可調管道,將來流調整為合適的速度。在超音速飛行時,在進氣道前和進氣道內氣流速度減至亞音速,此時氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍,大大超過壓氣機中的壓力提高倍數,因而產生了單靠速度沖壓,不需壓氣機的沖壓噴氣發動機。
進氣道後的壓氣機是專門用來提高氣流的壓力的,空氣流過壓氣機時,壓氣機工作葉片對氣流做功,使氣流的壓力,溫度升高。在亞音速時,壓氣機是氣流增壓的主要部件。
從燃燒室流出的高溫高壓燃氣,流過同壓氣機裝在同壹條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能,帶動壓氣機旋轉,在渦輪噴氣發動機中,氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等於壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。經過燃燒後,渦輪前的燃氣能量大大增加,因而在渦輪中的膨脹比遠小於壓氣機中的壓縮比,渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多,發動機的推力就是這壹部分燃氣的能量而來的。
從渦輪中流出的高溫高壓燃氣,在尾噴管中繼續膨脹,以高速沿發動機軸向從噴口向後排出。這壹速度比氣流進入發動機的速度大得多,使發動機獲得了反作用的推力。
壹般來講,當氣流從燃燒室出來時的溫度越高,輸入的能量就越大,發動機的推力也就越大。但是,由於渦輪材料等的限制,目前只能達到1650K左右,現代戰鬥機有時需要短時間增加推力,就在渦輪後再加上壹個加力燃燒室噴入燃油,讓未充分燃燒的燃氣與噴入的燃油混合再次燃燒,由於加力燃燒室內無旋轉部件,溫度可達2000K,可使發動機的推力增加至1.5倍左右。其缺點就是油耗急劇加大,同時過高的溫度也影響發動機的壽命,因此發動機開加力壹般是有時限的,低空不過十幾秒,多用於起飛或戰鬥時,在高空則可開較長的時間。
隨著航空燃氣渦輪技術的進步,人們在渦輪噴氣發動機的基礎上,又發展了多種噴氣發動機,如根據增壓技術的不同,有沖壓發動機和脈動發動機;根據能量輸出的不同,有渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪軸發動機和螺槳風扇發動機等。
噴氣發動機盡管在低速時油耗要大於活塞式發動機,但其優異的高速性能使其迅速取代了後者,成為航空發動機的主流二、航天火箭發動機迄今為止,人類從事的最神奇的事業就是太空探索了。它的神奇之處很大程度上是因為它的復雜性。太空探索是非常復雜的,因為其中有太多的問題需要解決,有太多的障礙需要克服。所面臨的問題包括: 太空的真空環境 熱量處理問題 重返大氣層的難題 軌道力學 微小隕石和太空碎片 宇宙輻射和太陽輻射 在無重力環境下為衛生設施提供後勤保障 但在所有這些問題中,最重要的還是如何產生足夠的能量使太空船飛離地面。於是火箭發動機應運而生。 壹方面,火箭發動機是如此簡單,您完全可以自行制造和發射火箭模型,所需的成本極低(有關詳細信息,請參見本文最後壹頁上的鏈接)。而另壹方面,火箭發動機(及其燃料系統)又是如此復雜,目前只有三個國家曾將自己的宇航員送入軌道。在本文中,我們將對火箭發動機進行探討,以了解它們的工作原理以及壹些與之相關的復雜問題。 火箭發動機基本原理
火箭發動機工作原理
當大多數人想到馬達或發動機時,會認為它們與旋轉有關。例如,汽車裏的往復式汽油發動機會產生轉動能量以驅動車輪。電動馬達產生的轉動能量則用來驅動風扇或轉動磁盤。蒸汽發動機也用來完成同樣的工作,蒸汽輪機和大多數燃氣輪機也是如此。 火箭發動機則與之有著根本的區別。它是壹種反作用力式發動機。火箭發動機是以壹條著名的牛頓定律作為基本驅動原理的,該定律認為“每個作用力都有壹個大小相等、方向相反的反作用力”。火箭發動機向壹個方向拋射物質,結果會獲得另壹個方向的反作用力。