噴氣式發動機 噴氣發動機工作原理

2020-11-24 知識圖譜

在之前的發動機專題文章中，皮卡中國小編已經為大家介紹了渦輪增壓發動機、vvt發動機、dvvt發動機等知識。今天小編將帶來噴氣式發動機的相關知識，與以往介紹的發動機不同的是，這款發動機主要應用於飛機上。它的誕生可以說給世界航空工業帶來了一場革命。

什麼是噴氣式發動機

噴氣式發動機是一種通過加速和排出的高速流體做功的熱機或電機，使燃料燃燒時產生的氣體高速噴射而產生動力。 大部分噴氣發動機都是依靠牛頓第三定律工作的內燃機。

噴氣式發動機歷史

早在1913年，法國工程師雷恩·洛蘭就獲得了一項噴氣發動機的專利，但這是一種衝壓式噴氣發動機，在當時的低速下根本無法工作，而且也缺乏所需的高溫耐熱材料。1930年，弗蘭克·惠特爾取得了他使用燃氣渦輪發動機的第一個專利，但直到11年後，他的發動機在完成其首次飛行，弗蘭克·惠特爾的這種發動機形成了現代渦輪噴氣發動機的基礎。

在第二次世界大戰期間，惠特爾和奧海因繼續進行研究，當然還是各自為政，因為英國和德國正處於交戰狀態。看來對於無論哪個國家來說，能擁有可快速製造的用噴氣發動機來推進的航空器，都將是巨大的軍事優勢。結果，德國人於1939年生產了第一架可飛行的噴氣式飛機—「海因克爾HE-178」。英國隨後在1941年有了」格洛斯特E-28」。

噴氣式發動機原理


噴氣式發動機的工作過程可歸納為：進氣、壓縮、燃燒、排氣。

1、在實際中的應用

噴氣推進是伊薩克·牛頓(Isaac Newton)爵士的第三運動定律的實際應用。該定律表述為：「作用在一物體上的每一個力都有一方向相反大小相等的反作用力。」就飛機推進而言，「物體」是通過發動機時受到加速的空氣。產生這一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在產生這一加速度的裝置上。噴氣發動機用類似於發動機/螺旋槳組合的方式產生推力。二者均靠將大量氣體向後推來推進飛機，一種是以比較低速的大量空氣滑流的形式，而另一種是以極高速的燃氣噴氣流形式。根據牛頓第三定律，作用在物體上的力都有大小相等方向相反的反作用力。噴氣發動機在工作時，從前端吸入大量的空氣，燃燒後高速噴出，在此過程中，發動機向氣體施加力，使之向後加速，氣體也給發動機一個反作用力，推動飛機前進。

2、以例說明

噴氣推進原理最早的著名例子是公元一世紀作為一種玩具生產的古希臘人希羅的發動機。這種玩具表明從噴嘴中噴出的水蒸氣的能量能夠把大小相等方向相反的反作用力傳給噴嘴本身，從而引起發動機旋轉。類似的旋轉式花園噴灌器是這一原理更為實用的一個例子。這種噴灌器藉助於作用於噴水嘴的反作用力旋轉。現代滅火設備的高壓噴頭是「噴流反作用」的一個例子。由於水噴流的反作用力，一個消防員經常握不住或控制不了水管。也許，這一原理的最簡單的表演是狂歡節的氣球，當它放出空氣或氣體時，它便沿著與噴氣相反的方向急速飛走。

3、它是一種內部現象

噴氣反作用絕對是一種內部現象。它不象人們經常想像的那樣說噴氣發動機噴氣發動機成是由於噴氣流作用在大氣上的壓力所造成的。實際上，噴氣推進發動機，無論火箭、衝壓噴氣、或者渦輪噴氣，都是設計成加速空氣流或者燃氣流並將其高速排出的一種裝置。當然，這樣做有不同的方式。但是，在所有例子中，作用在發動機上的最終的反作用力即推力是與發動機排出的氣流的質量以及氣流的速度成比例的。

噴氣式發動機的組成

噴氣式發動機一共有五個主要部件，從前之後分別是：（整流錐）進氣道，壓縮機，燃燒室，燃氣渦輪，尾噴管。

1、整流錐

整流錐主要是用來整流，對發動機前方紊亂的氣體進行整流，另外當飛機飛行速度達到所在區域的音速時可以防止激波阻力。進氣道導通整流後的氣體進入壓縮機。

2、壓縮機

壓縮機由靜子葉片和轉子葉片構成，靜子葉片與轉子葉片一圈一圈交錯排布，葉片通過收斂擴張控制氣流的速度從而達到對氣體壓縮的效果。

3、燃燒室

經過壓縮的氣體高速流入燃燒室，現在的燃燒室一般都是環式的，由多個點火嘴和兩個噴油嘴組成，噴油嘴把航空煤油霧化噴出，多個點火嘴點火保證油氣混合氣燃燒均勻充分。

4、燃氣渦輪

經過燃燒後的氣體達到高溫高壓，衝擊燃氣渦輪，帶動渦輪轉動，由於渦輪軸與壓氣機軸為同軸，渦輪又帶動壓氣機轉動，所以燃氣渦輪是帶動發動機繼續工作的一個部件，簡單來說就是擁有續航能力的部件。

5、尾噴管尾

噴管一般是可收斂式，因為噴口收斂可以增加排氣速度，增大推力，現在還有一種尾噴管是收斂-擴張式，這個主要用於超音速飛機，因為氣體達到音速後越壓縮速度越小，所以在收斂到頂的時候氣體正好達到音速，此時才用擴張式尾噴管可以繼續增大氣流速度。

噴氣式發動機優缺點

優點:構造簡單、重量輕、體積小、推重比大、成本低

缺點：沒有壓氣機，就不能在地面靜止情況下啟動，所以不適合作為普通飛機的動力裝置

噴氣式發動機燃料

噴氣式發動機使用的主要是石油烴燃料，它根據沸點的不同分為三類：寬餾分型（沸點範圍60℃～280℃），煤油型（沸點範圍150℃～280℃），重餾分型（沸點範圍190℃～315℃）。通常使用的是航空煤油。

噴氣式發動機分類

1、衝壓噴氣發動機

衝壓噴氣發動機實際上是一種氣動熱力涵道。它沒有任何主要旋轉零件，只包含一個擴張形進氣涵道和一個收斂形或者收斂-擴張形出口。當由外部能源強迫其向前運動時，空氣被迫進入進氣道。當它流過這一擴散形涵道時，其速度或動能降低，而壓力能增加。爾後，靠燃油的燃燒來增加其總能量，膨脹的燃氣通過出口涵道高速排入大氣。衝壓噴氣發動機常作為飛彈和靶機的動力裝置，但單純的衝壓噴氣發動機不適於作為普通飛機動力裝置，因為在它產生推力前，要求向它施加向前的運動。

2、脈衝噴氣發動機

它採用間歇燃燒原理。與衝壓噴氣發動機不同，它能在靜止狀態工作。這種發動機是由類似衝壓噴氣發動機的一種空氣動力涵道構成。它的壓力較高，結構比較堅實。進氣涵道有許多進氣「活門」，在彈簧拉力作用下處於打開位置，通過打開的活門空氣進入燃燒室，並靠燃燒噴入燃燒室中去的燃油得到加熱，由此引起的膨脹使壓力升高，迫使活門關閉，然後膨脹的燃氣向後噴出；排氣造成降壓，使活門重新開啟。

3、渦輪噴氣式發動機

應用於噴氣推進避免了火箭和衝壓噴氣發動機固有的弱點，因為採用了渦輪驅動的壓氣機，因此在低速時發動機也有足夠的壓力來產生強大的推力。渦輪噴氣發動機按照「工作循環」工作。它從大氣中吸進空氣，經壓縮和加熱這一過程之後，得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英裡/小時(2253公裡/小時)的速度從推進噴管中排出。在高速噴氣流噴出發動機時，同時帶動壓氣機和渦輪繼續旋轉，維持「工作循環」。因而，純渦輪噴氣發動機最適合較高的飛行速度。原文地址：http://www.pikacn.com/news/20154/2561.html

結語：今天小編介紹的噴氣式發動機雖然不是應用於汽車上，但它在飛機上得到了廣泛的使用，甚至某些航模也採用小型脈衝噴氣發動機作為自己的動力裝置。其實給無論是何種技術，只要它推動了社會的進步，為人們生活帶來了便利，就值得被了解和推崇。


拓展內容：

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