航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

【專家解說】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)按其組成和工作原理可分為兩大類：直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)和間接反作用推進(jìn)系統(tǒng)。一、直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)直接將工質(zhì)加速產(chǎn)生反作用推力，屬于這類的航空發(fā)動(dòng)機(jī)有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；二、間接反作用推進(jìn)系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)只將燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué) 能轉(zhuǎn)換成有效功率，以軸功率形式輸出，推理則要靠專門的推進(jìn)器產(chǎn)生。推進(jìn)器有飛機(jī)的螺旋槳和直升機(jī)的旋翼。屬于這類的反動(dòng)機(jī)有活塞式、渦輪螺旋槳、漿扇和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，航空電動(dòng)機(jī)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)又可以分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)兩大類?？諝獍l(fā)動(dòng)機(jī)又可分為帶壓氣機(jī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和不到壓氣機(jī)的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要又以噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛， 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)總稱 它包含很多種 在航天領(lǐng)域 主要使用的是沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 和 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣道（也稱擴(kuò)壓器）、燃燒室、推進(jìn)噴管三部組成，比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜的壓氣機(jī)，是沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)勢所在。進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，理論上可使空氣壓力提高37倍，效率很高。高速氣流經(jīng)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后，進(jìn)入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2000一2200℃，甚至更高，經(jīng)膨脹加速，由噴口高速排出，產(chǎn)生推力。因此，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)。以3倍音速進(jìn)氣時(shí)，在地面產(chǎn)生的靜推力可高達(dá)2OO千牛。
沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)以航空煤油為燃料，采用擴(kuò)散形進(jìn)氣道和收斂形噴管，飛行時(shí)增壓比不超過1.89。馬赫數(shù)小于O.5時(shí)一般無法工作。超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用超音速進(jìn)氣道，燃燒室入口為亞音速氣流，采用收斂形或收斂擴(kuò)散形噴管。用航空煤油或烴類作為燃料。推進(jìn)速度為亞音速～6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對空導(dǎo)彈。高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用碳?xì)淙剂匣蛞簹淙剂?，是一種新穎的發(fā)動(dòng)機(jī)，飛行馬赫數(shù)高達(dá)5～16。目前尚處于研制階段。前兩類發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱為亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)，最后一種稱為超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。 我們現(xiàn)在做飛機(jī)看到的一般都是后者 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 1930年，英國人弗蘭克·惠特爾獲得了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)專利，這是第一個(gè)具有實(shí)用性的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。11年后他設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)首次飛行，從而成為了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的鼻祖。
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，通常由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。
渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，做功原則同樣為：高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。
工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)首先從進(jìn)氣道吸入空氣。這一過程并不是簡單的開個(gè)進(jìn)氣道即可，由于飛行速度是變化的，而壓氣機(jī)對進(jìn)氣速度有嚴(yán)格要求，因而進(jìn)氣道必需可以將進(jìn)氣速度控制在合適的范圍。 壓氣機(jī)顧名思義，用于提高吸入的空氣的的壓力。壓氣機(jī)主要為扇葉形式，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對氣流做功，使氣流的壓力、溫度升高。隨后高壓氣流進(jìn)入燃燒室。燃燒室的燃油噴嘴射出油料，與空氣混合后點(diǎn)火，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，向后排出?br /> 高溫高壓燃?xì)庀蚝罅鬟^高溫渦輪，部分內(nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。由于高溫渦輪同壓氣機(jī)裝在同一條軸上，因此也驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而反復(fù)的壓縮吸入的空氣。
從高溫渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹，以高速從尾部噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，從而產(chǎn)生了對發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用推力，驅(qū)使飛機(jī)向前飛行。