本篇文章给大家谈谈飞机发动机什么原理,以及飞机发动机的原理是怎样的的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站!
飞机使用的发动机具有多种类型,不同类型的发动机工作原理并不相同。目前主要的飞机发动机包括活塞发动机、涡轮喷气(简称“涡喷”)发动机、涡轮螺旋桨(简称“涡桨”)发动机、涡轮风扇(简称“涡扇”)发动机、涡轮轴发动机(简称“涡轴”)、冲压喷气发动机和火箭发动机。
活塞发动机是历史最为悠久的飞机发动机。航空活塞发动机与车用活塞发动机的原理基本没有差别,主要区别在于车用活塞发动机带动的是车轴,而航空活塞发动机带动的是桨叶,并通过桨叶转动产生拉力使飞机获得向前飞行的速度。
涡喷、涡桨、涡扇可以说是“一门三兄弟”,三者的共通性在于都具有进气道、压气机、燃烧室与涡轮、喷管,部分还具有加力燃烧室。三者的区别在于涡桨发动机具有减速齿轮和螺旋桨,而涡扇发动机比涡喷发动机增加一到两级低速涡轮。从工作原理来说,三者都是吸入空气后进行加压、燃烧并排气,但涡扇和涡喷为通过喷管产生推力推动飞行器飞行,而涡桨则是驱动螺旋桨拉动飞行器向前飞行(这一点与活塞发动机相同)。
涡轴发动机在结构和工作原理上与涡桨发动机基本雷同,同一种核心机能够发展出相同功率级别的涡桨发动机和涡轴发动机。所不同的是,涡轴发动机具有自由涡轮,可以通过自由涡轮带动传动机构,并带动旋翼旋转产生升力。涡轴发动机是直升机的标准动力装置,目前世界各国的直升机除少数采用活塞发动机外,绝大多数都是涡轴发动机动力。
冲压发动机是高空高速飞行器动力装置的标配。与涡轮发动机相比,冲压发动机的结构要简单得多,仅具有进气道、扩压器、燃烧室和喷管,工作时吸入空气高速冲入发动机致使压力上升,在压力达到一定数值后喷入燃料并与高温空气混合燃烧、形成燃气由喷管喷出形成推力。由于冲压发动机难以在低速条件下启动和工作,因此冲压发动机一般与其他类型的航空发动机配合使用。
火箭发动机在结构和工作原理上与运载火箭或导弹使用的火箭发动机基本相同。火箭发动机具有燃烧室和喷嘴,工作时燃料和氧化剂注入燃烧室进行燃烧并产生燃气,通过喷嘴排出产生推力。一般来说,火箭发动机仅用作高速飞行器或导弹的动力装置,如美国的X-15高空高速试验机即采用火箭发动机,大部分空空导弹也采用火箭发动机。另外,在常规起降飞机需要短距起飞时,也可以挂装助推火箭加快起飞速度。
航空发动机分为很多种类。大体分为直射式和外加推进器两种。喷射式的有涡喷,涡扇,冲压式等。外加推进器的有涡桨,桨扇,涡轴,活塞等。不同类型的发动机原理有一定的差别,但总的来说还是依靠作用力与反作用力或者动量定理。
其中活塞发动机原理与汽车发动机原理相同。冲压式发动机通过制止来流压缩空气,燃烧膨胀,直接喷出获得向前的推动力。它一般用于高超声速飞行器,缺点是启动时需要很高的速度。
涡喷涡扇等航空燃气轮机本质上是热机和推进器的组合体。热机从高温热源吸热(这里的高温实质上是高压),向低温热源(大气)放热。能量一部分对涡轮做功(涡轮带动前面压气机转动),一部分直接喷出。这一过程服从布雷顿循环。推进器(主要指涡喷涡扇中的尾喷管)通过截面面积的变化使气流加速。发动机进口出口气流动量不同,由动量定理可知会产生一个向前的力。这个力与发动机前后产生的压差推力和就为发动机的总推力。
涡桨,桨扇,涡轴热机部分原理与涡喷相似,但它们很少或不直接向外喷出气流使发动机获得反作用力。而主要是通过输出轴功,用外部的风扇,螺旋桨,旋翼等产生推力或直升机的升力。
简单来说,就是五六级风扇加压空气混合油料点火以后喷出去,航空发动机就是一个喷油发动机,简称“喷子”
谢邀。
在这儿只能大概的讲解一下,具体的内容待我以后更新在个人主页。
首先应该了解到航空发动机的基本构造。我们拿涡喷发动机为例子。
主要由五大部分组成:进气口、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷口。
再介绍一下各个部分的功用:
1.进气口。为发动机提供可靠且稳定的进气,以便提供足够的氧气参与后面燃烧室的燃烧。
2.压气机。由多级叶片组成,功用在于对进气口所引进的空气进行逐级压缩增压。
3.燃烧室。顾名思义,就是为压气机增压过的空气和燃油提供一个混合燃烧的场所。这里将释放出大量的热量。
4.涡轮。在燃烧室所燃烧的热量集气体将会不断冲剂涡轮叶片,使涡轮达到高速旋转,由于涡轮和压气机是同轴带动的,因此涡轮旋转将带动压气机不断旋转增压。如此往复则达到发动机不停转。
5.尾喷口。经过涡轮和气体将失去一部分能量,但剩余的则会从尾喷口排出。这将产生巨大的推力来为飞机提供动力来源。
其中,压气机、燃烧室和带动压气机旋转的那一部分涡轮被统称为核心机。这就相当于发动机的心脏。
所以介绍完这个五大部分,整个工作原理就出来了:空气从进气口进气,经过压气机进行增压后到达燃烧室与燃油充分混合燃烧产生热量,该热量推动涡轮旋转,同时涡轮带动压气机旋转循环工作,剩余气体通过尾喷口排除,加热周围空气并产生巨大的推力。
这只是涡喷发动机工作原理,而且讲解并不细致。如要了解 路径走,一条就是发动机核心机部分尾喷口喷出去的燃气,这叫内涵道;另一条则是风扇吹风走的道叫外涵道。外涵道和内涵道的直径比值也就是我们通常说的涵道比,一般涵道比越大能量利用效率越高,但同时牺牲了发动机的爆发性。涡扇发动机目前正全面的取代涡桨发动机成为民用客机、运输机的新选择。而且涡扇发动机已经开始在战斗机领域拓展,比如美国F35战斗机所使用的F135发动机,他就是典型的小涵道比的涡扇发动机,兼具了涡喷发动机的爆发力并提高了燃油化学能的使用效率。
从以上我们就可以看出,无论是涡轮风扇发动机,还是涡轮螺旋桨发动机,还是涡轮轴发动机,他们的核心机部分的原理和结构都是一样的,只是能量转换的方式不一样而已。另外对于这种原理的喷气式动力发动机来说,他在其他领域同样也有涉及到,比如我们将螺旋桨换成直升机的旋翼,这时候就变成改了涡轮轴发动机,如果用来驱动船或者坦克,他就变成了燃气轮机,是不是很有意思。
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