喷气发动机的工作原理

基本的涡轮喷气发动机有五个阶段,其中四个阶段旨在为气流增加能量,一个阶段旨在释放能量以增加可用推力。发动机前部的扩散器和后部的喷嘴只是改变气流的速度。后面的涡轮驱动前面的压缩机,中间的燃烧室向流动添加热能。有些发动机(例如战斗机中的发动机)有一个称为加力燃烧室的附加级,当气流离开喷嘴时,它会增加额外的“冲击”能量。

扩散器

扩散器有时称为入口。空气进入发动机并行进一小段距离到达压缩机表面。在该距离内,开口的横截面积不断增加。质量守恒定律指出,在这种情况下,流速必须降低,而伯努利原理指出,流动中的压力必须增加酶。压力的增加和速度的降低为流动增加了能量,并为压缩机准备了流动。

压缩机

气流进入压缩机后,气压进一步升高。喷气发动机中使用的压缩机有两种基本类型。最常见的是轴流式压缩机,它由一系列同轴叶片组组成。当叶片接近燃烧室时,叶片通常会变得更小并且靠得更近。另一种不太常见的压缩机类型是离心压缩机,它使用单个螺旋叶片组。

燃烧室

燃料被添加到高度压缩的空气中并在燃烧室中点燃。这为水流增加了更多的能量。其效果类似于内燃机中发生的情况,其中活塞压缩空气,然后与燃料混合并点燃。由此产生的受控爆炸产生运行发动机的能量。

涡轮机

流量离开t燃烧室并通过涡轮叶片组驱动。连接到涡轮机的轴驱动发动机前部的压缩机。为了启动发动机,需要一个单独的电动机或发动机来旋转轴,直到发动机能够自行维持。

喷嘴

最后一级是喷嘴,它与扩散器完全相反。横截面积减小,导致流速增加。根据牛顿的说法,这种加速度产生了一个力,需要一个反作用力。该反作用力是推动发动机所附飞机的推力。一些喷嘴具有可调节的孔径,这允许飞行员通过调整喷嘴后部的横截面积来改变推力,而不是使用节流阀。还有其他喷嘴,例如 AV-8B Harrier 或 F-22 Raptor 上的喷嘴,可以改变方向,从而改变推力的方向。这种矢量推力使飞机机尾更具机动性,对于鹞式战斗机来说,可以使其垂直起飞或在极短的跑道上起飞。

加力燃烧器

许多战斗机在涡轮机和喷嘴之间有一个附加级。额外的燃料被注入流中并被点燃。加力燃烧室在气流离开喷嘴之前向其添加额外的“冲击”能量。这大大增加了推力,但效率极低。运行加力燃烧室所需的燃料量限制了其在非常短的时间内使用。


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