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喷气发动机的工作原理

更新时间:2023-07-20 点击量:690

简介

喷气发动机是现代航空的重要组成部分,使飞机能够达到惊人的速度和高度。本文将深入探讨喷气发动机的内部工作原理,探索其关键组件和实现工作的过程。


涡扇发动机概述

大多数喷气动力飞机采用一种称为涡扇发动机的引擎类型。可以将涡扇发动机想象为一种先进的推进系统,它位于称为扩散器的类似导管的结构内,并由气体发生器驱动。喷气发动机的核心是一个产生高压气体驱动涡轮的气体发生器。发动机由压缩机、燃烧室和涡轮三个主要部分组成。

压缩机:建立高压空气

压缩机将进气空气压缩,产生比发动机尺寸更强大的燃烧反应所需的高度压缩空气。当空气进入缩小的腔室时,它被压缩。压缩机的每个级别由旋转的转子和连接到核心外壳的一环定子叶片组成。转子叶片将空气向压缩机推送,产生旋涡气流。定子叶片减慢旋转运动,进一步增加压力。压缩机通常由四个低压级和十个高压级组成。

燃烧室:点燃燃料

来自压缩机的压缩空气与燃料混合后进入燃烧室,点燃后释放出高能气体。图示为圆筒形燃烧室。压缩空气进入进气喷嘴,每个喷嘴都有一个燃料喷射器,将燃料和空气混合后使其产生旋转运动,改善它们的混合。几个点火器,类似于汽车的火花塞,点燃混合物,反应在燃烧室的环形环上均匀发生。只要有稳定的空气和燃料供应,燃烧过程将持续进行。

涡轮:利用废气动力

位于喷气发动机后部的涡轮由来自燃烧室的排气气体驱动旋转。大部分涡轮的动力用于驱动发动机的风扇,而较小部分则提供给压缩机级数。涡轮叶片承受的温度,一些压缩机空气用于冷却。采用各种涂层以促进此过程。排气锥旨在将出口流量结合并加速,提供推力,并保护发动机的精密部件。

喷气发动机的演变:从涡喷到涡扇

早期的喷气发动机被称为涡喷,将所有进气空气引导到核心中。然而,现代喷气发动机(如涡扇)只将一部分空气引导到核心中,或者利用气体发生器,其中产生的能量驱动一个专门设计的风扇。同样,风扇可以被视为导管内的高科技推进系统。绕过核心的空气被称为旁通气。高旁通比的发动机旨在快速将大量空气绕过核心流过。速度范围约为每小时310到620英里。发动机的尺寸与其效率成比例,高旁通比的发动机可能非常庞大。它们通常比飞机机身尺寸大得多,适用于商业或应用。

噪音减少和燃油效率

排气气体的速度是确定发动机噪音的关键因素。旁通比更高的发动机使高速核心空气通过更大体积的较慢旁通空气流动,从而降低噪音产生。旁通比较低的喷气战斗机发动机较小,具有更高的功率重量比,可以实现超音速和后燃器能力,但会产生更多的噪音并消耗更多的燃料。高旁通比发动机也可以使用后燃器。额外的燃料被喷入喷管并与排气气体混合,产生二次燃烧阶段。尽管后燃器不节能,并且只在短时间内使用,例如快速爬升或战斗机动时使用,但它们能够实现其目的。


可变喷管:大化推力

喷气喷管被设计成可以改变形状,以大化出口气流的推力。它可以防止背压的产生,从而损坏发动机前部组件。通过调整喷管,可以实现排气气体的最大加速度,同时保护发动机的完整性。


结论

喷气发动机在航空业中了革命,推动飞机达到新的高度和速度。涡扇发动机以其高效的设计和强大的性能成为现代飞机的标准。通过压缩空气、点燃燃料和利用排气气体的动力,喷气发动机为飞行提供所需的推力。发动机技术的不断进步使发动机噪音更低、燃油效率更高,提升了乘客的飞行体验,并减少了对环境的影响。了解喷气发动机的复杂工作原理,让我们能够欣赏飞行的奇迹和推动其发展的令人难以置信的工程。


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