喷气推进

使用最广泛的吸气式发动机是涡轮喷气飞机。后空气吸入引擎通过一个入口,其压力首先是增加了一个组件称为压缩机。然后空气进入燃烧室,与燃料燃烧,增加其温度。高温、高压气体通过逼真的设备称为涡轮,然后扩大生产能力。涡轮机轴连接到压缩机,和涡轮驱动压缩机的功率输出。在涡轮出口的热气体压力仍高于环境,最后通过排气喷管扩张发生在废气增加的速度。这是最后的高速射流产生推力推动飞机在空中。虽然在概念上比往复式发动机喷气发动机更简单,螺旋桨,高效的实际设计操作复杂,大型喷气发动机是非常昂贵的。

今天几乎所有航空喷气发动机利用轴流式压缩机。这些设备通常在一个方向流动的空气沿轴连接压缩机和涡轮;穿过交替行固定和旋转的叶片分别称为静叶和转子。刀片排列,以便进入空气速度放慢,通过他们,其压力增加。现代轴流式压缩机可以增加25倍的压力约16”阶段,每个阶段组成的一组转子和定子叶片。

离心压缩机,用于早期飞机喷气发动机,空气在叶轮的中心,或叶片式轮,和径向压缩它,或向外的方向。效率低,有限的压力上升,大直径,增加发动机装配的拖现在限制使用离心式压缩机小引擎和non-flight应用程序。

当空气在压缩机和涡轮喷气发动机叶片进入燃烧室,它与精确混合雾化kerosene-like燃料和燃烧。最佳性能在理论上,燃烧的温度应该高达可以实现完全燃烧的燃料和空气中的氧气。然而,这将使操作涡轮入口温度太高,和目前涡轮进口温度限制在1900°- 2200°F (1040°- 1200°C)。燃烧温度控制的只有空气压缩机排出的一部分,而其余的是转移过去与高温燃烧区和混合气体沿燃烧室更远。

燃烧室可以由个人罐、涡轮轴或圆柱体,安排。另一种方法是使用一个环形腔的衬管,或管状套筒,围绕着轴。

特殊合金涡轮叶片需要坚韧轻巧为了抵御高温和压力。那些在研究金属和陶瓷的组合被称为金属陶瓷。涡轮叶片可以通过转移部分未燃的压缩机冷却空气和喂养它通过内部通道在前面的小洞,涡轮叶片的前缘,。这提供了一个电影的清凉的空气,保护叶片墙从高温气体。

高压比引擎是建立在彼此有两个轴旋转。外一个是高速轴,可以在大约每分钟11000转(RPM)。它连接高压涡轮和压缩机阶段。内轴,操作3000 RPM,连接低压涡轮和压缩机部分引擎。

最大的推力将获得如果排气喷嘴可以扩大气体周围空气的压力。然而,喷嘴,能这样做太大又重,所以短喷嘴使用导致发动机的性能损失小。

直接从其他涡轮喷气发动机无法启动。外部起动电动机启动单元旋转。然后点燃燃料加热火花塞。一旦引擎运行时,能保持燃烧没有火花塞。

有用的涡轮喷气是它的输出推力,它正比于空气的质量流量之间的发动机和速度变化量出口和入口。(质量流率是在运动流体的质量,穿过一个给定的面积单位的时间。)这使它理想的实现高速度在喷嘴出口。

两个性能特征通常用于描述涡轮喷气:特定的推力和耗油率。特定的推力产生的单位(单位推力发动机气体流量每秒)与涡轮进气温度增加。因此工程师们不断寻求较高的涡轮进口温度的提高材料和更好的叶片冷却。燃油消耗率(单位单位燃料燃烧产生的推力每秒),降低发动机效率增加,提高了越来越大的压力比。这需要更多的压缩机阶段。在实际的喷气发动机必须有一个高压力和温度之间的权衡最佳整体性能。

另一个重要表现因素的涡轮喷气发动机飞行推进效率。在这种情况下,获得最佳的性能,如果飞机退出(喷嘴)的速度是飞机的飞行速度的两倍。随着推力的增加通过提高涡轮进口温度,涡轮出口速度也增加,射流出口速度实在太大了。在这种情况下,推进性能可以增加通过增加旁通空气,在本文稍后讨论。

通常需要最大推力起飞,而最大效率需要在飞机的巡航速度,大概是500到550英里(800到880公里)每小时对大多数商用客机。从高海拔机场起飞在炎热的夏天,空气密度低导致较低的空气质量流量通过引擎,从而降低了可用推力。在这种情况下,飞机飞行可能部分空的。

自从离开涡轮燃烧产品仍有大量的氧气中包含他们的混合(额外的压缩空气在燃烧室),可以把另一个在涡轮燃烧室出口。这种所谓的加力燃烧室中使用一些军用飞机提供紧急的速度。加力燃烧室的燃料消耗很高,然而,这推力增大,或增加,巡航或商用飞机来说是不现实的。

注水由将水引入压缩机组成。这就增加了推力通过冷却空气,从而增加它的密度和质量可以通过对于一个给定的空气速度。注水可以用于紧急起飞推力,但重量的水,需要进行一个平面不使它理想的飞行操作。

如上所示,是理想的平均射流出口速度飞机的空气速度的两倍。直接通过涡轮膨胀的气体会导致喷射速度过高为有效的动态性能。现在大多数现代飞机飞机采用涡扇发动机,其中的大部分由螺旋推进器的稍微压缩空气压缩机设备前面的引擎,然后通过在引擎核心与涡轮废气混合,因此绕过主引擎。绕过引擎提供增加推力起飞和爬升,减少飞机噪音。现代引擎可能绕过五六倍流经过发动机的核心,甚至更高的绕过比率预计在未来为引擎操作涡轮进口温度更高。

在大多数商用飞机发动机、初始压缩为核心和旁路流是通过一个大风扇组成的一个或两个compressor-like阶段。流后分裂,核心流进一步压缩,旁路流直接在引擎。

涡轮喷气发动机往往是吵,这创造了一个问题在附近的机场。都有高频噪音,或抱怨,来自压缩机和低频噪声从出口处射流与周围的空气混合并产生动荡。压缩机噪声可以减少放置吸音材料到进气管道。喷射混合噪音是通过增加旁通空气,减少了特殊的搅拌车的排气管。这些搅拌机波纹增加热的区域和冷却气体接触,因为他们开始混合。

在尾部推力的发动机制动,或推力反向器。这是一个clamshell-like设备由飞行员降落后激活。它关闭了喷气出口喷嘴向外转移流动和略向前的推力作用在飞机现在落后,帮助刹车工艺。带推力具有高度,一架喷气式飞机能向后滚在地上。

一架喷气式飞机可能遇到的最严重的问题是涡轮和压缩机叶片的断裂如果被外国对象或如果它打破松散,因为内部引擎故障。所有的引擎都必须设计一个套管强大到足以包含失败的叶片和防止破碎刀片切断发动机和破坏或渗透到乘客空间至关重要的部分。

面临的最严重的问题造成的压缩机是鸟类。所有引擎必须能够“燕子”沉重的鸟没有灾难性故障,由于鸟类可以不可预知的吸入喷气发动机在低海拔或在地上。

在发生引擎故障,必须关闭发动机。多引擎飞机能安全着陆在一个引擎,以便有不便多涉及的乘客如果飞机必须为安全原因回头。

涡轮螺旋桨发动机传统飞机螺旋桨通常是安装在前面的喷气发动机和一种类型的引擎是由第二个,还是免费的,涡轮。这是位于涡轮驱动的压缩机。在其他设计上的权力是通过额外的阶段主要的涡轮机。

因为涡轮速度远高于螺旋桨速度,需要减速齿轮之间的涡轮螺旋桨。大约90%的能量热气体涡轮,吸收和只有10%仍然增加排气喷气式飞机的速度。因此,只有很小一部分的整体喷射产生的推力;大部分来自于螺旋桨。

涡轮螺旋桨飞机是有利的为中小型飞机和空气速度从300到400英里(480到640公里)每小时。他们不能与涡轮喷气竞争非常大的飞机或者在更高的速度。

发动机的空气冲高飞行速度由所谓的内存部分压缩效果。如果速度足够高,这种压缩可以足够的操作与压缩机和涡轮发动机。冲压发动机被称为飞行大礼帽,因为它是开放的两端和中间只有燃料喷嘴。然而,直接大礼帽起不了作用;冲压喷气必须有一个正确的入口扩散,产生低速高压空气在燃烧部分,它还必须有一个适当的排气喷管流动的速度增加。

首先可以运行速度超过每小时200英里(320公里),但他们成为实际只在非常高的速度,必须比声音。火箭或其他类似设备需要产生初始速度冲压喷气可以开始操作。

喷气发动机是类似于冲压喷气,除了一系列的弹簧,百叶窗式阀门位于燃烧前的部分。脉动式喷气发动机燃烧是间歇性或冲压喷气脉冲而不是连续的。空气通过阀门、承认和燃烧的开始。这就增加了压力,关闭阀门,防止通过进气回流。随着气体通过扩张后喷嘴产生推力,压力在燃烧部分再次下降,阀门打开,承认新鲜空气。然后重复这个循环。

最广为人知的脉动式喷气发动机是德国与它们导弹,或“嗡嗡炸弹”,用在二战结束,附近发射了约40赫兹的频率。Pulse-jets效率不高,噪音大,并受严重的振动。使用现在有限的低成本无人驾驶车辆。

火箭引擎携带燃料和氧化剂,因此它们不依赖于周围的气氛需要氧气的供应。因此,它们提供了推进在外层空间的主要手段。

火箭通常由燃料燃烧的类型分类;固体推进剂火箭固体燃料和氧化剂的混合物。这种混合物类似于火药点火后,燃烧完全。燃烧产生大量的高压气体在燃烧区。这种气体然后扩展到高速飞机因为它使排气喷嘴。形成固体燃料的燃烧率控制在这样一个时尚的燃烧气体被释放的速度几乎一致。然而,推力的控制是有限的,而使固体推进剂火箭仅适用于第一个,或起飞阶段的太空火箭。

可以获得更好的控制在液体推进剂火箭。在这些,燃料和氧化剂都存储在单独的坦克,然后仔细计量的方式注入燃烧室。他们在那雾化、混合和燃烧。因为液体推进剂火箭可以重启和完全调整,他们已经成为主要的太空项目的推进系统。