飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比是有著不斷加大的趨勢(shì)的。因?yàn)閷?duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，若飛行速度一定，要提高飛機(jī)的推進(jìn)效率，也就是要降低排氣速度和飛行速度的差值，需要加大涵道比；而同時(shí)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)材料和結(jié)構(gòu)工藝的提高，許用的渦輪前溫度也不斷提高，這也要求相應(yīng)地增大涵道比。對(duì)于一架低速（500600km/h）的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，在一定的渦輪前溫度下，其適當(dāng)?shù)暮辣葢?yīng)為50以上，這顯然是發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)所無(wú)法承受的。為了提高效率，人們索性便拋去了風(fēng)扇的外涵殼體，用螺旋槳代替了風(fēng)扇，便形成了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成，螺旋槳由渦

2、輪帶動(dòng)。由于螺旋槳的直徑較大，轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)比渦輪低，只有大約1000轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)，需要在它們之間安裝一個(gè)減速器，將渦輪轉(zhuǎn)速降至十分之一左右后，才可驅(qū)動(dòng)螺旋槳。這種減速器的負(fù)荷重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，它的重量一般相當(dāng)于壓氣機(jī)和渦輪的總重，作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件，減速器在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管工作原理近似，但渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生動(dòng)力方面卻有著很大的不同，

3、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率，而尾噴管噴出的燃?xì)馔屏O小，只占總推力的5%左右，為了驅(qū)動(dòng)大功率的螺旋槳，渦輪級(jí)數(shù)也比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)要多，一般為26級(jí)。同活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳相比，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，它的功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超過(guò)10000馬力，功重比為4以上；而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)最大不過(guò)三四千馬力，功重比2左右。其次，由于減少了運(yùn)動(dòng)部件，尤其是沒有做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，噪音小，工作壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)用也較低。而且，由于核心部分采用燃?xì)獍l(fā)生器，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的適用高度和速度范圍都要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)高很多。在耗油率方面，二者相

4、差不多，但渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的煤油要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油便宜。由于涵道比大，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下效率要高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但受到螺旋槳效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飛機(jī)或?qū)Φ退傩阅苡袊?yán)格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機(jī)中的到廣泛應(yīng)用。概念噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（Jet engine）是一種通過(guò)加速和排出的高速流體做功的熱機(jī)或電機(jī)，使燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體高速噴射而產(chǎn)生動(dòng)力。 大部分噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都是依靠牛頓第三定律工作的內(nèi)燃機(jī)噴氣推進(jìn)原理氣推進(jìn)是伊薩克·牛頓(Isaac Newton)爵士的第三運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)際應(yīng)用。該定律表述為：“作用在一物體上的每一個(gè)

5、力都有一方向相反大小相等的反作用力?！本惋w機(jī)推進(jìn)而言，“物體”是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)受到加速的空氣。產(chǎn)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(chǎn)生這一加速度的裝置上。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)用類似于發(fā)動(dòng)機(jī)/螺旋槳組合的方式產(chǎn)生推力。二者均靠將大量氣體向后推來(lái)推進(jìn)飛機(jī)，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?xì)鈬姎饬餍问健?這一同樣的反作用原理出現(xiàn)于所有運(yùn)動(dòng)形式之中，通常有許多應(yīng)用方式。噴氣反作用最早的著名例子是公元前120年作為一種玩具生產(chǎn)的赫羅的發(fā)動(dòng)機(jī)。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(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。類似的旋轉(zhuǎn)式花園噴灌器

6、是這一原理更為實(shí)用的一個(gè)例子。這種噴灌器借助于作用于噴水嘴的反作用力旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代滅火設(shè)備的高壓噴頭是“噴流反作用”的一個(gè)例子。由于水噴流的反作用力，一個(gè)消防員經(jīng)常握不住或控制不了水管。也許，這一原理的最簡(jiǎn)單的表演是狂歡節(jié)的氣球，當(dāng)它放出空氣或氣體時(shí)，它便沿著與噴氣相反的方向急速飛走。 噴氣反作用絕對(duì)是一種內(nèi)部現(xiàn)象。它不象人們經(jīng)常想象的那樣說(shuō)成是由于噴氣流作用在大氣上的壓力所造成的。實(shí)際上，噴氣推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論火箭、沖壓噴氣、或者渦輪噴氣，都是設(shè)計(jì)成加速空氣流或者燃?xì)饬鞑⑵涓咚倥懦龅囊环N裝置。當(dāng)然，這樣做有不同的方式。但是，在所有例子中，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)上的最終的反作用力即推力是與發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣流的

7、質(zhì)量以及氣流的速度成比例的。換言之，給大量空氣附加一個(gè)小速度或者給少量空氣一個(gè)大速度能提供同樣的推力。實(shí)用中，人們喜歡前者，因?yàn)榻档蛧姎馑俣饶艿玫礁叩耐七M(jìn)效率。 它們的工作過(guò)程可歸納為：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。噴氣推進(jìn)的幾種方式不同類型的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論沖壓噴氣、脈沖噴氣、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪/沖壓噴氣或者渦輪-火箭，其差別僅在于“推力提供者”即發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)能量并將能量轉(zhuǎn)換成飛行動(dòng)力的方式。 沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一種氣動(dòng)熱力涵道。它沒有任何主要旋轉(zhuǎn)零件，只包含一個(gè)擴(kuò)張形進(jìn)氣涵道和一個(gè)收斂形或者收斂-擴(kuò)張形出口。當(dāng)由外部能源強(qiáng)迫其向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣被迫進(jìn)入進(jìn)氣道。當(dāng)它流過(guò)這一擴(kuò)散形涵道時(shí)

8、，其速度或動(dòng)能降低，而壓力能增加。爾后，靠燃油的燃燒來(lái)增加其總能量，膨脹的燃?xì)馔ㄟ^(guò)出口涵道高速排入大氣。沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)常作為導(dǎo)彈和靶機(jī)的動(dòng)力裝置，但單純的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不適于作為普通飛機(jī)動(dòng)力裝置，因?yàn)樵谒a(chǎn)生推力前，要求向它施加向前的運(yùn)動(dòng)。 脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)采用間歇燃燒原理。與沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不同，它能在靜止?fàn)顟B(tài)工作。這種發(fā)動(dòng)機(jī)是由類似沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一種空氣動(dòng)力涵道構(gòu)成。它的壓力較高，結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)實(shí)。進(jìn)氣涵道有許多進(jìn)氣“活門”，在彈簧拉力作用下處于打開位置，通過(guò)打開的活門空氣進(jìn)入燃燒室，并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(guān)閉，然后膨脹的燃?xì)庀蚝髧?/p>

9、出；排氣造成降壓，使活門重新開啟。這種過(guò)程周而復(fù)始。脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)曾經(jīng)被設(shè)計(jì)成直升機(jī)旋翼的推進(jìn)裝置，有的還通過(guò)精心設(shè)計(jì)涵道來(lái)控制共振循環(huán)的壓力變化而省去了進(jìn)氣活門。但脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不適于作為飛機(jī)動(dòng)力裝置，因?yàn)樗挠秃母撸譄o(wú)法達(dá)到現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)雖然也屬于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但它們有重大區(qū)別。即火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不用大氣作為推進(jìn)流體，而用它攜帶的液態(tài)燃料或化學(xué)分解而形成的燃料與氧氣劑的燃燒來(lái)產(chǎn)生它自己的推進(jìn)流體，從而能在地球大氣層外工作，但因此它也只適用工作時(shí)間很短的情況. 渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于噴氣推進(jìn)避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)固有的弱點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧藴u輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)，因

10、此在低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也有足夠的壓力來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大的推力。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按照“工作循環(huán)”工作。它從大氣中吸進(jìn)空氣，經(jīng)壓縮和加熱這一過(guò)程之后，得到能量和動(dòng)量的空氣以高達(dá)2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(shí)(2253公里/小時(shí))的速度從推進(jìn)噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持“工作循環(huán)”。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械布局比較簡(jiǎn)單，因?yàn)樗话瑑蓚€(gè)主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機(jī)和渦輪，還有一個(gè)或者若干個(gè)燃燒室。然而，并非這種發(fā)動(dòng)機(jī)的所有方面都具有這種簡(jiǎn)單性，因?yàn)闊崃蜌鈩?dòng)力問(wèn)題是比較復(fù)雜的。這些問(wèn)題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過(guò)壓氣機(jī)和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及

11、排出燃?xì)獠⑿纬赏七M(jìn)噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作造成的。 飛機(jī)速度低于大約450英里/小時(shí)(724公里/小時(shí))時(shí)，純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低于螺旋槳型發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，因?yàn)樗耐七M(jìn)效率在很大程度上取決于它的飛行速度；因而，純渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最適合較高的飛行速度。然而，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動(dòng)，在350英里/小時(shí)(563公里/小時(shí))以上時(shí)螺旋槳效率迅速降低。這些特性使得一些中等速度飛行的飛機(jī)不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組合 - 渦輪螺旋槳式發(fā)動(dòng)機(jī)。 螺旋槳/渦輪組合的優(yōu)越性在一定程度上被內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)、涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的引入所取代。這些發(fā)動(dòng)機(jī)比純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)流量大而噴氣速度

12、低，因而，其推進(jìn)效率與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，超過(guò)了純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率。 渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)將渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(它常用于馬赫數(shù)低于3的各種速度)與沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合起來(lái)，在高馬赫數(shù)時(shí)具有良好的性能。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的周圍是一涵道，前部具有可調(diào)進(jìn)氣道，后部是帶可調(diào)噴口的加力噴管。起飛和加速、以及馬赫數(shù)3以下的飛行狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)用常規(guī)的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式；當(dāng)飛機(jī)加速到馬赫數(shù)3以上時(shí)，其渦輪噴氣機(jī)構(gòu)被關(guān)閉，氣道空氣借助于導(dǎo)向葉片繞過(guò)壓氣機(jī)，直接流入加力噴管，此時(shí)該加力噴管成為沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)適合要求高速飛行并且維持高馬赫數(shù)巡航狀態(tài)的飛機(jī)，在這些狀態(tài)下，該發(fā)動(dòng)

13、機(jī)是以沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)方式工作的。 渦輪/火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，一個(gè)重要的差異在于它自備燃燒用的氧。這種發(fā)動(dòng)機(jī)有一多級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)的低壓壓氣機(jī)，而驅(qū)動(dòng)渦輪的功率是在火箭型燃燒室中燃燒燃料和液氧產(chǎn)生的。因?yàn)槿細(xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)3500度，在燃?xì)膺M(jìn)入渦輪前，需要用額外的燃油噴入燃燒室以供冷卻。然后這種富油混合氣(燃?xì)?用壓氣機(jī)流來(lái)的空氣稀釋，殘余的燃油在常規(guī)加力系統(tǒng)中燃燒。雖然這種發(fā)動(dòng)機(jī)比渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)小且輕，但是，其油耗更高。這種趨勢(shì)使它比較適合截?fù)魴C(jī)或者航天器的發(fā)射載機(jī)。這些飛機(jī)要求具有高空高速性能，通常需要有很高的加速性能而無(wú)須長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。汽車在高速公路上定速行駛於平坦路面

14、上所消耗的汽油，主要都是用來(lái)克服空氣阻力。在空中飛行的飛機(jī)同樣承受阻力，因此飛機(jī)必須有推進(jìn)系統(tǒng)，否則阻力將使飛機(jī)愈來(lái)愈慢終至墜毀。飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)常見的有往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)和渦輪引擎二類。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)是最傳統(tǒng)的飛機(jī)動(dòng)力源，萊特兄弟的第一架飛機(jī)就是采用四沖程的內(nèi)燃機(jī)。通常是使用螺旋槳把往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的輸出馬力轉(zhuǎn)變成推進(jìn)力。渦輪引擎可分為 :渦輪噴射、渦輪扇噴射和渦輪軸引擎三大類。 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)和汽車、機(jī)車使用者的原理相同，除了模型飛機(jī)之外，絕少使用二沖程引擎者。四沖程引擎分為進(jìn)氣、壓縮、爆炸、排氣四個(gè)沖程，其原理在今日已成常識(shí)，不多說(shuō)明。渦輪引擎由前面吸入空氣，經(jīng)由壓縮器增壓之后，即將油與氣混合并於燃燒室

15、引燃。燃燒后的高溫排氣流經(jīng)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，此力量經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸去驅(qū)動(dòng)壓縮器。此時(shí)排氣仍含有甚多熱能，即經(jīng)由噴嘴高速噴出，依反作用定律產(chǎn)生推力。上述為渦輪噴射引擎。 扇式噴射是把壓縮器或渦輪葉片延長(zhǎng)成為類似較短的螺旋槳葉片。壓縮器葉片延長(zhǎng)者叫作前扇式，渦輪葉片延長(zhǎng)者叫作后扇式。飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功用是為飛行器提供推進(jìn)動(dòng)力或支持力，是飛行器的心臟。自從飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)的幾十年中，發(fā)動(dòng)機(jī)得到了迅速的發(fā)展，從早期的低速飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，到可以推動(dòng)飛機(jī)以超音速飛行的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，還有運(yùn)載火箭上可以在外太空工作的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等，時(shí)至今日，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)形成了一個(gè)種類繁多，用途各不相同的大家族。 飛行器

16、發(fā)動(dòng)機(jī)常見的分類原則有兩種：按空氣是否參加發(fā)動(dòng)機(jī)工作和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的原理。按發(fā)動(dòng)機(jī)是否須空氣參加工作，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)可分為兩類，大約如下所示： 吸空氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，它必須吸進(jìn)空氣作為燃料的氧化劑（助燃劑），所以不能到稠密大氣層之外的空間工作，只能作為航空器的發(fā)動(dòng)機(jī)。一般所說(shuō)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)即指這類發(fā)動(dòng)機(jī)。如根據(jù)吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理的不同，吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)又分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和脈動(dòng)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。 火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是一種不依賴空氣工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，航天器由于需要飛到大氣層外，所以必須安裝這種發(fā)動(dòng)機(jī)。它也可用作航空器的助推動(dòng)力。按形成噴氣流動(dòng)能的能源不同，火箭發(fā)動(dòng)

17、機(jī)又分為化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。 按產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的原理不同，飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)又可分為直接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)、間接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)兩類。直接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)是利用向后噴射高速氣流，產(chǎn)生向前的反作用力來(lái)推進(jìn)飛行器。直接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)又叫噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，脈動(dòng)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。 間接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳、直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)對(duì)空氣作功，使空氣加速向后（向下）流動(dòng)時(shí)，空氣對(duì)螺旋槳（旋翼）產(chǎn)生反作用力來(lái)推進(jìn)飛行器。這類發(fā)動(dòng)機(jī)有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)等。而渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)則既有直

18、接反作用力，也有間接反作用力，但常將其劃歸直接反作用力發(fā)動(dòng)機(jī)一類，所以也稱其為渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒，膨脹作功的機(jī)械?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的。 （一）活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組成主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸頭上裝有點(diǎn)燃混合氣的電火花塞（俗稱電嘴），以及進(jìn)、排氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴(kuò)大散熱面積

19、。氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體（機(jī)匣）上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18個(gè)或24個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大。活塞承受燃?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿用來(lái)連接活塞和曲軸。 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的部件。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)減速器帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生拉力。除此而外，曲軸還要帶動(dòng)一些附件（如各種油泵、發(fā)電機(jī)等）。氣門機(jī)構(gòu)用來(lái)控制進(jìn)氣門、排氣門定時(shí)打開和關(guān)閉。 （二）活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 活塞頂部在曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的位置叫上死點(diǎn)、最近的位置叫下死點(diǎn)、從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離叫活塞沖程?；钊胶娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)

20、大多是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，即一個(gè)氣缸完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過(guò)四個(gè)沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。 發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)，首先進(jìn)入“進(jìn)氣沖程”，氣缸頭上的進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞從上死點(diǎn)向下滑動(dòng)到下死點(diǎn)為止，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，氣壓降低低于外面的大氣壓。于是新鮮的汽油和空氣的混合氣體，通過(guò)打開的進(jìn)氣門被吸入氣缸內(nèi)。混合氣體中汽油和空氣的比例，一般是 1比 15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空氣。進(jìn)氣沖程完畢后，開始了第二沖程，即“壓縮沖程”。這時(shí)曲軸靠慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，把活塞由下死點(diǎn)向上推動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門也同排氣門一樣嚴(yán)密關(guān)閉。氣缸內(nèi)容積逐漸減少，混合氣體受到活塞的強(qiáng)

21、烈壓縮。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，混合氣體被壓縮在上死點(diǎn)和氣缸頭之間的小空間內(nèi)。這個(gè)小空間叫作“燃燒室”。這時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)加到十個(gè)大氣壓。溫度也增加到攝氏4OO度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，使限制在燃燒室這個(gè)小小空間里的混合氣體的壓強(qiáng)大大提高，以便增加它燃燒后的做功能力。當(dāng)活塞處于下死點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的容積最大，在上死點(diǎn)時(shí)容積最?。ê笳咭彩侨紵业娜莘e）?；旌蠚怏w被壓縮的程度，可以用這兩個(gè)容積的比值來(lái)衡量。這個(gè)比值叫“壓縮比”。活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比大約是5到8，壓縮比越大，氣體被壓縮得越厲害，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率也就越大。 壓縮沖程之后是“工作沖程”，也是第三個(gè)沖程。在壓縮沖程快結(jié)

22、束，活塞接近上死點(diǎn)時(shí)，氣缸頭上的火花塞通過(guò)高壓電產(chǎn)生了電火花，將混合氣體點(diǎn)燃，燃燒時(shí)間很短，大約0.015秒；但是速度很快，大約達(dá)到每秒30米。氣體猛烈膨脹，壓強(qiáng)急劇增高，可達(dá)6O到75個(gè)大氣壓，燃燒氣體的溫度到攝氏2000到250O度。燃燒時(shí)，局部溫度可能達(dá)到三、四千度，燃?xì)饧拥交钊系臎_擊力可達(dá)15噸?；钊谌?xì)獾膹?qiáng)大壓力作用下，向下死點(diǎn)迅速運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿也門下跑，連桿便帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)起來(lái)了。 這個(gè)沖程是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作而獲得動(dòng)力的唯一沖程。其余三個(gè)沖程都是為這個(gè)沖程作準(zhǔn)備的。 第四個(gè)沖程是“排氣沖程”。工作沖程結(jié)束后，由于慣性，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門仍舊關(guān)閉，而排氣

23、門大開，燃燒后的廢氣便通過(guò)排氣門向外排出。 當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，絕大部分的廢氣已被排出。然后排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，活塞又由上死點(diǎn)下行，開始了新的一次循環(huán)。 從進(jìn)氣沖程吸入新鮮混合氣體起，到排氣沖程排出廢氣止，汽油的熱能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)而作功，這一總的過(guò)程叫做一個(gè)“循環(huán)”。這是一 種周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)。由于其中包含著熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，所以又叫做“熱循環(huán)”。活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)要完成四沖程工作，除了上述氣缸、活塞、聯(lián)桿、曲軸等構(gòu)件外，還需要一些其他必要的裝置和構(gòu)件。 （三）活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助工作系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)除主要部件外，還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作。主要有進(jìn)氣

24、系統(tǒng)（為了改善高空性能，在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)常裝有增壓器，其功用是增大進(jìn)氣壓力）、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)（主要包括高電壓磁電機(jī)、輸電線、火花塞）、起動(dòng)系統(tǒng)（一般為電動(dòng)起動(dòng)機(jī)）、散熱系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)等。 沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速，使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。它通常由進(jìn)氣道（又稱擴(kuò)壓器）、燃燒室、推進(jìn)噴管三部組成。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有壓氣機(jī)（也就不需要燃?xì)鉁u輪），所以又稱為不帶壓氣機(jī)的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。 這種發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣的方法，是靠飛行器高速飛行時(shí)的相對(duì)氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能（例如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，理論上可使空氣壓力提高37倍）。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的

25、工作時(shí)，高速氣流迎面向發(fā)動(dòng)機(jī)吹來(lái)，在進(jìn)氣道內(nèi)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后進(jìn)入燃燒室與燃油（一般為煤油）混合燃燒，將溫度提高到2000一2200甚至更高，高溫燃?xì)怆S后經(jīng)推進(jìn)噴管膨脹加速，由噴口高速排出而產(chǎn)生推力。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)，如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，在地面產(chǎn)生的靜推力可以超過(guò)2OO千牛。 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒有壓氣機(jī)，不能在靜止的條件下起動(dòng)，所以不宜作為普通飛機(jī)的動(dòng)力裝置，而常與別的發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用，成為組合式動(dòng)力裝置。如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)組合等。安裝組合式動(dòng)力裝置的飛行器，在起飛時(shí)開動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴或

26、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，待飛行速度足夠使沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的時(shí)，再使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)而關(guān)閉與之配合工作的發(fā)動(dòng)機(jī)；在著陸階段，當(dāng)飛行器的飛行速度降低至沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作時(shí)，又重新起動(dòng)與之配合的發(fā)動(dòng)機(jī)。如果沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛行器的動(dòng)力裝置單獨(dú)使用時(shí)，則這種飛行器必須由其他飛行器攜帶至空中并具有一定速度時(shí)，才能將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后投放。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或組合式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般用于導(dǎo)彈和超音速或亞音速靶機(jī)上。按應(yīng)用范圍劃分，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分為亞音速、超音速、高超音速三類。 一、亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī) 亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用擴(kuò)散形進(jìn)氣道和收斂形噴管，以航空煤油為燃料。飛行時(shí)增壓比不超過(guò) 1.89，飛行馬赫數(shù)小于 O.5時(shí)一般不能正常工作。

27、亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)用在亞音速航空器上，如亞音速靶機(jī)。 二、超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī) 超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用超音速進(jìn)氣道（燃燒室入口為亞音速氣流）和收斂形或收斂擴(kuò)散形噴管，用航空煤油或烴類燃料。超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)速度為亞音速6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對(duì)空導(dǎo)彈（一般與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相配合）。 三、高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī) 這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒在超音速下進(jìn)行，使用碳?xì)淙剂匣蛞簹淙剂?，飛行馬赫數(shù)高達(dá)516，目前高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)正處于研制之中。 由于超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室入口為亞音速氣流，也有將前兩類發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱為亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而將第三種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。 脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一種

28、，可用于靶機(jī)，導(dǎo)彈或航空模型上。德國(guó)納粹在第二次世界大戰(zhàn)的后期，曾用它來(lái)推動(dòng)V-1導(dǎo)彈，轟炸過(guò)倫敦。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示，它的前部裝有單向活門，之后是含有燃油噴嘴和火花塞的燃燒室，最后是特殊設(shè)計(jì)的長(zhǎng)長(zhǎng)的尾噴管。 脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，首先把壓縮空氣打入單向活門，或使發(fā)動(dòng)機(jī)在空中運(yùn)動(dòng)，這時(shí)便有氣流進(jìn)入燃燒室，然后油咀噴油，火花塞點(diǎn)火燃燒。這時(shí)長(zhǎng)尾噴管在燃?xì)鈬姵龊?，由于燃?xì)饬鞯膽T性作用，雖然燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng)同外面大氣的壓強(qiáng)相等，仍會(huì)繼續(xù)向外噴，所以在燃燒室內(nèi)造成空氣稀薄的現(xiàn)象，使壓強(qiáng)顯著降低到小于大氣壓，于是空氣再次打開單向活門流入燃燒室，噴油點(diǎn)火燃燒，開始第二個(gè)循環(huán)。這樣周而復(fù)始，發(fā)動(dòng)機(jī)便可不

29、斷地工作了。這種發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣到燃燒、排氣的循環(huán)過(guò)程進(jìn)行得很快，一秒鐘大約可達(dá)4050次。 脈動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)在原地可以起動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，造價(jià)便宜。這些都是它的優(yōu)點(diǎn)。但它只適于低速飛行（速度極限約為每小時(shí)64O8O0公里），飛行高度也有限，單向活門的工作壽命短，加上振動(dòng)劇烈，燃油消耗率大等缺點(diǎn)，使得它的應(yīng)用受到限制。 火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)勞動(dòng)人民首先創(chuàng)造出來(lái)的。早在唐代初年(約在七世紀(jì)）火藥就出現(xiàn)了，南宋時(shí)代火藥用來(lái)制造煙火，其中包括“起花”。大約在十三世紀(jì)制成火箭。我國(guó)古代制造的火箭和起花所用的是黑色火藥。它們的工作原理和現(xiàn)代的固體燃料火箭是一樣的。 同空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

30、的最大特點(diǎn)是：它自身既帶燃料，又帶氧化劑，靠氧化劑來(lái)助燃，不需要從周圍的大氣層中汲取氧氣。所以它不但能在大氣層內(nèi)，也可在大氣層之外的宇宙真空中工作。這是任何空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都做不到的。目前發(fā)射的人造衛(wèi)星、 月球飛船以及各種宇宙飛行器所用的推進(jìn)裝置，都是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。 現(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要分固體推進(jìn)劑和液體推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。所謂“推進(jìn)劑”就是燃料（燃燒劑）加氧化劑的合稱。 一、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為使用固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。固體推進(jìn)劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由藥柱、燃燒室、噴管組件和點(diǎn)火裝置等組成。藥柱是由推進(jìn)劑與少量添加劑制成的中空?qǐng)A柱體（中

31、空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形、星形等）。藥柱置于燃燒室（一般即為發(fā)動(dòng)機(jī)殼體）中。在推進(jìn)劑燃燒時(shí)，燃燒室須承受25O035O0度的高溫和1022×107帕的高壓力，所以須用高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金或復(fù)合材料制造，并在藥柱與燃燒內(nèi)壁間裝備隔熱襯。 點(diǎn)火裝置用于點(diǎn)燃藥柱，通常由電發(fā)火管和火藥盒（裝黑火藥或煙火劑）組成。通電后由電熱絲點(diǎn)燃黑火藥，再由黑火藥點(diǎn)火燃藥拄。 噴管除使燃?xì)馀蛎浖铀佼a(chǎn)生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統(tǒng)組成噴管組件。該系統(tǒng)能改變?nèi)細(xì)鈬娚浣嵌?，從而?shí)現(xiàn)推力方向的改變。 藥柱燃燒完畢，發(fā)動(dòng)機(jī)便停止工作。 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推

32、進(jìn)劑密度大，推進(jìn)劑可以儲(chǔ)存在燃燒到中常備待用和操縱方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是“比沖”?。ㄒ步斜韧屏?，是發(fā)動(dòng)機(jī)推力與每秒消耗推進(jìn)劑重量的比值，單位為秒）。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖在25O300秒，工作時(shí)間短，加速度大導(dǎo)致推力不易控制，重復(fù)起動(dòng)困難，從而不利于載人飛行。 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作火箭彈、導(dǎo)彈和探空火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及航天器發(fā)射和飛機(jī)起飛的助推發(fā)動(dòng)機(jī)。 二、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是指液體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。常用的液體氧化劑有液態(tài)氧、四氧化二氮等，燃燒劑由液氫、偏二甲肼、煤油等。氧化劑和燃燒劑必須儲(chǔ)存在不同的儲(chǔ)箱中。 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般由推力室、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成。 推力

33、室是將液體推進(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成推進(jìn)力的重要組件。它由推進(jìn)劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成，見圖。推進(jìn)劑通過(guò)噴注器注入燃燒室，經(jīng)霧化，蒸發(fā)，混合和燃燒等過(guò)成生成燃燒產(chǎn)物，以高速（25O0一5000米秒）從噴管中沖出而產(chǎn)生推力。燃燒室內(nèi)壓力可達(dá)2O0大氣壓（約20OMPa）、溫度300O400O，故需要冷卻。 推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進(jìn)劑。按輸送方式不同，有擠壓式（氣壓式）和泵壓式兩類供應(yīng)系統(tǒng)。擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)是利用高壓氣體經(jīng)減壓器減壓后（氧化劑、燃燒劑的流量是靠減壓器調(diào)定的壓力控制）進(jìn)入氧化劑、燃燒劑貯箱，將其分別擠壓到燃燒室中。擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)只用于小推力發(fā)動(dòng)機(jī)。大推力

34、發(fā)動(dòng)機(jī)則用泵壓式供應(yīng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是用液壓泵輸送推進(jìn)劑。 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功用是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作程序和工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。工作程序包括發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、工作。關(guān)機(jī)三個(gè)階段，這一過(guò)程是按預(yù)定程序自動(dòng)進(jìn)行的。工作參數(shù)主要指推力大小、推進(jìn)劑的混合比。 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是比沖高（25O5OO秒），推力范圍大（單臺(tái)推力在1克力700噸力）、能反復(fù)起動(dòng)、能控制推力大小、工作時(shí)間較長(zhǎng)等。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作航天器發(fā)射、姿態(tài)修正與控制、軌道轉(zhuǎn)移等。 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 在第二次世界大戰(zhàn)以前，所有的飛機(jī)都采用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力，這種發(fā)動(dòng)機(jī)本身并不能產(chǎn)生向前的動(dòng)力，而是需要驅(qū)動(dòng)一副螺旋槳，使螺旋槳在空氣中旋

35、轉(zhuǎn)，以此推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。這種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳的組合一直是飛機(jī)固定的推進(jìn)模式，很少有人提出過(guò)質(zhì)疑。 到了三十年代末，尤其是在二戰(zhàn)中，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，飛機(jī)的性能得到了迅猛的發(fā)展，飛行速度達(dá)到700800公里每小時(shí)，高度達(dá)到了10000米以上，但人們突然發(fā)現(xiàn)，螺旋槳飛機(jī)似乎達(dá)到了極限，盡管工程師們將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越提越高，從1000千瓦，到2000千瓦甚至3000千瓦，但飛機(jī)的速度仍沒有明顯的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)明顯感到“有勁使不上”。 問(wèn)題就出在螺旋槳上，當(dāng)飛機(jī)的速度達(dá)到800公里每小時(shí)，由于螺旋槳始終在高速旋轉(zhuǎn)，槳尖部分實(shí)際上已接近了音速，這種跨音速流場(chǎng)的直接后果就是螺旋槳的效率急劇下降，推力下降，同時(shí)，

36、由于螺旋槳的迎風(fēng)面積較大，帶來(lái)的阻力也較大，而且，隨著飛行高度的上升，大氣變稀薄，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也會(huì)急劇下降。這幾個(gè)因素合在一起，決定了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳的推進(jìn)模式已經(jīng)走到了盡頭，要想進(jìn)一步提高飛行性能，必須采用全新的推進(jìn)模式，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。 噴氣推進(jìn)的原理大家并不陌生，根據(jù)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(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，在此過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)向氣體施加力，使之向后加速，氣體也給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。事實(shí)上，這一原理很早就被應(yīng)用于實(shí)踐中，我們玩過(guò)的爆竹，就是依靠尾部噴出火藥氣體的反作用力飛上天空的。 早在

37、1913年，法國(guó)工程師雷恩洛蘭就獲得了一項(xiàng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的專利，但這是一種沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在當(dāng)時(shí)的低速下根本無(wú)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?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第一個(gè)專利，但直到11年后，他的發(fā)動(dòng)機(jī)在完成其首次飛行，惠特爾的這種發(fā)動(dòng)機(jī)形成了現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，就必須遵循熱機(jī)的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。因此，從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的，都

38、需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段，不同的是，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這4個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的，氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分，就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。 空氣首先進(jìn)入的是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī)，由于飛機(jī)飛行的速度是變化的，而壓氣機(jī)適應(yīng)的來(lái)流速度是有一定的范圍的，因而進(jìn)氣道的功能就是通過(guò)可調(diào)管道，將來(lái)流調(diào)整為合適的速度。在超音速飛行時(shí)，在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)氣流速度減至亞音速，此時(shí)氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍，大大超過(guò)壓氣機(jī)中的壓力提高倍數(shù)，因而產(chǎn)生了單靠速度沖壓，不需壓氣機(jī)的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。 進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專門用來(lái)提高氣流的壓力的，空氣流過(guò)壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時(shí)，壓氣機(jī)是氣流增壓的主要部件。 從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)?，流過(guò)同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。經(jīng)過(guò)燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾?，因而在渦輪中的膨脹