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噴氣發(fā)動機的工作原理
點擊次數(shù)：1907 發(fā)布時間：2023-7-20
簡介
噴氣發(fā)動機是現(xiàn)代航空的重要組成部分，使飛機能夠達到驚人的速度和高度。本文將深入探討噴氣發(fā)動機的內(nèi)部工作原理，探索其關鍵組件和實現(xiàn)工作的過程。
渦扇發(fā)動機概述
大多數(shù)噴氣動力飛機采用一種稱為渦扇發(fā)動機的引擎類型。可以將渦扇發(fā)動機想象為一種先進的推進系統(tǒng)，它位于稱為擴散器的類似導管的結(jié)構內(nèi)，并由氣體發(fā)生器驅(qū)動。噴氣發(fā)動機的核心是一個產(chǎn)生高壓氣體驅(qū)動渦輪的氣體發(fā)生器。發(fā)動機由壓縮機、燃燒室和渦輪三個主要部分組成。
壓縮機：建立高壓空氣
壓縮機將進氣空氣壓縮，產(chǎn)生比發(fā)動機尺寸更強大的燃燒反應所需的高度壓縮空氣。當空氣進入縮小的腔室時，它被壓縮。壓縮機的每個級別由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和連接到核心外殼的一環(huán)定子葉片組成。轉(zhuǎn)子葉片將空氣向壓縮機推送，產(chǎn)生旋渦氣流。定子葉片減慢旋轉(zhuǎn)運動，進一步增加壓力。壓縮機通常由四個低壓級和十個高壓級組成。
燃燒室：點燃燃料
來自壓縮機的壓縮空氣與燃料混合后進入燃燒室，點燃后釋放出高能氣體。圖示為圓筒形燃燒室。壓縮空氣進入進氣噴嘴，每個噴嘴都有一個燃料噴射器，將燃料和空氣混合后使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，改善它們的混合。幾個點火器，類似于汽車的火花塞，點燃混合物，反應在燃燒室的環(huán)形環(huán)上均勻發(fā)生。只要有穩(wěn)定的空氣和燃料供應，燃燒過程將持續(xù)進行。
渦輪：利用廢氣動力
位于噴氣發(fā)動機后部的渦輪由來自燃燒室的排氣氣體驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。大部分渦輪的動力用于驅(qū)動發(fā)動機的風扇，而較小部分則提供給壓縮機級數(shù)。渦輪葉片承受的溫度，一些壓縮機空氣用于冷卻。采用各種涂層以促進此過程。排氣錐旨在將出口流量結(jié)合并加速，提供推力，并保護發(fā)動機的精密部件。
噴氣發(fā)動機的演變：從渦噴到渦扇
早期的噴氣發(fā)動機被稱為渦噴，將所有進氣空氣引導到核心中。然而，現(xiàn)代噴氣發(fā)動機（如渦扇）只將一部分空氣引導到核心中，或者利用氣體發(fā)生器，其中產(chǎn)生的能量驅(qū)動一個專門設計的風扇。同樣，風扇可以被視為導管內(nèi)的高科技推進系統(tǒng)。繞過核心的空氣被稱為旁通氣。高旁通比的發(fā)動機旨在快速將大量空氣繞過核心流過。速度范圍約為每小時310到620英里。發(fā)動機的尺寸與其效率成比例，高旁通比的發(fā)動機可能非常龐大。它們通常比飛機機身尺寸大得多，適用于商業(yè)或應用。
噪音減少和燃油效率
排氣氣體的速度是確定發(fā)動機噪音的關鍵因素。旁通比更高的發(fā)動機使高速核心空氣通過更大體積的較慢旁通空氣流動，從而降低噪音產(chǎn)生。旁通比較低的噴氣戰(zhàn)斗機發(fā)動機較小，具有更高的功率重量比，可以實現(xiàn)超音速和后燃器能力，但會產(chǎn)生更多的噪音并消耗更多的燃料。高旁通比發(fā)動機也可以使用后燃器。額外的燃料被噴入噴管并與排氣氣體混合，產(chǎn)生二次燃燒階段。盡管后燃器不節(jié)能，并且只在短時間內(nèi)使用，例如快速爬升或戰(zhàn)斗機動時使用，但它們能夠?qū)崿F(xiàn)其目的。
可變噴管：大化推力
噴氣噴管被設計成可以改變形狀，以大化出口氣流的推力。它可以防止背壓的產(chǎn)生，從而損壞發(fā)動機前部組件。通過調(diào)整噴管，可以實現(xiàn)排氣氣體的最大加速度，同時保護發(fā)動機的完整性。
結(jié)論
噴氣發(fā)動機在航空業(yè)中了革命，推動飛機達到新的高度和速度。渦扇發(fā)動機以其高效的設計和強大的性能成為現(xiàn)代飛機的標準。通過壓縮空氣、點燃燃料和利用排氣氣體的動力，噴氣發(fā)動機為飛行提供所需的推力。發(fā)動機技術的不斷進步使發(fā)動機噪音更低、燃油效率更高，提升了乘客的飛行體驗，并減少了對環(huán)境的影響。了解噴氣發(fā)動機的復雜工作原理，讓我們能夠欣賞飛行的奇跡和推動其發(fā)展的令人難以置信的工程。