噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

簡(jiǎn)介

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代航空的重要組成部分，使飛機(jī)能夠達(dá)到驚人的速度和高度。本文將深入探討噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部工作原理，探索其關(guān)鍵組件和實(shí)現(xiàn)工作的過程。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)概述

大多數(shù)噴氣動(dòng)力飛機(jī)采用一種稱為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎類型?？梢詫u扇發(fā)動(dòng)機(jī)想象為一種先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)，它位于稱為擴(kuò)散器的類似導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)內(nèi)，并由氣體發(fā)生器驅(qū)動(dòng)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的核心是一個(gè)產(chǎn)生高壓氣體驅(qū)動(dòng)渦輪的氣體發(fā)生器。發(fā)動(dòng)機(jī)由壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪三個(gè)主要部分組成。

壓縮機(jī)：建立高壓空氣

壓縮機(jī)將進(jìn)氣空氣壓縮，產(chǎn)生比發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸更強(qiáng)大的燃燒反應(yīng)所需的高度壓縮空氣。當(dāng)空氣進(jìn)入縮小的腔室時(shí)，它被壓縮。壓縮機(jī)的每個(gè)級(jí)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(jī)推送，產(chǎn)生旋渦氣流。定子葉片減慢旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步增加壓力。壓縮機(jī)通常由四個(gè)低壓級(jí)和十個(gè)高壓級(jí)組成。

燃燒室：點(diǎn)燃燃料

來自壓縮機(jī)的壓縮空氣與燃料混合后進(jìn)入燃燒室，點(diǎn)燃后釋放出高能氣體。圖示為圓筒形燃燒室。壓縮空氣進(jìn)入進(jìn)氣噴嘴，每個(gè)噴嘴都有一個(gè)燃料噴射器，將燃料和空氣混合后使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，改善它們的混合。幾個(gè)點(diǎn)火器，類似于汽車的火花塞，點(diǎn)燃混合物，反應(yīng)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(yīng)，燃燒過程將持續(xù)進(jìn)行。

渦輪：利用廢氣動(dòng)力

位于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)后部的渦輪由來自燃燒室的排氣氣體驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。大部分渦輪的動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇，而較小部分則提供給壓縮機(jī)級(jí)數(shù)。渦輪葉片承受的溫度，一些壓縮機(jī)空氣用于冷卻。采用各種涂層以促進(jìn)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(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的精密部件。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的演變：從渦噴到渦扇

早期的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為渦噴，將所有進(jìn)氣空氣引導(dǎo)到核心中。然而，現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（如渦扇）只將一部分空氣引導(dǎo)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(dòng)一個(gè)專門設(shè)計(jì)的風(fēng)扇。同樣，風(fēng)扇可以被視為導(dǎo)管內(nèi)的高科技推進(jìn)系統(tǒng)。繞過核心的空氣被稱為旁通氣。高旁通比的發(fā)動(dòng)機(jī)旨在快速將大量空氣繞過核心流過。速度范圍約為每小時(shí)310到620英里。發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸與其效率成比例，高旁通比的發(fā)動(dòng)機(jī)可能非常龐大。它們通常比飛機(jī)機(jī)身尺寸大得多，適用于商業(yè)或應(yīng)用。

噪音減少和燃油效率

排氣氣體的速度是確定發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的關(guān)鍵因素。旁通比更高的發(fā)動(dòng)機(jī)使高速核心空氣通過更大體積的較慢旁通空氣流動(dòng)，從而降低噪音產(chǎn)生。旁通比較低的噴氣戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)較小，具有更高的功率重量比，可以實(shí)現(xiàn)超音速和后燃器能力，但會(huì)產(chǎn)生更多的噪音并消耗更多的燃料。高旁通比發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)間內(nèi)使用，例如快速爬升或戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)時(shí)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(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)前部組件。通過調(diào)整噴管，可以實(shí)現(xiàn)排氣氣體的最大加速度，同時(shí)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的完整性。

結(jié)論

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在航空業(yè)中了革命，推動(dòng)飛機(jī)達(dá)到新的高度和速度。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)以其高效的設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的性能成為現(xiàn)代飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。通過壓縮空氣、點(diǎn)燃燃料和利用排氣氣體的動(dòng)力，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為飛行提供所需的推力。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步使發(fā)動(dòng)機(jī)噪音更低、燃油效率更高，提升了乘客的飛行體驗(yàn)，并減少了對(duì)環(huán)境的影響。了解噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜工作原理，讓我們能夠欣賞飛行的奇跡和推動(dòng)其發(fā)展的令人難以置信的工程。