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飛機發動機的原理是怎樣的?

Daniel_秬瑋 2018-04-06 檢舉

飛機發動機有很多種形式,最早的是活塞螺旋槳飛機,其發動機和汽車的發動機沒什麼區別,也有直4、直6、V6、V8、V12等形式,通過輸出軸連接螺旋槳。

後來出現了星形發動機,也是活塞螺旋槳發動機的一種,其特點是發動機呈星形中心對稱排列,發動機工作的時候振動小,而且比直列和V型的散熱要好(直列發動機和V型發動機只有最前面的氣缸散熱最好,後面的氣缸被前面的擋住了,所以必須要用複雜的水冷散熱系統,散熱系統損壞就要立即迫降,不然發動機一會兒就過熱損壞了,星形發動機所有氣缸散熱條件都很好,可以用簡單的風冷冷卻,特別適合飛機使用)。

如果要飛機飛得更快,除了飛機機身、翼型的設計上要改變之外,發動機輸出功率也要加大。對於活塞發動機,增大功率要麼增加發動機缸數,要麼增加發動機轉速。但是發動機缸數增加會增加機頭重量,影響重心分佈,增加發動機轉速,活塞往復運動極限較低,所以對於高速發動機,活塞發動機有很多先天不足。

後來發明了噴氣發動機,1928年奧匈帝國的Albert Fonó在德國註冊了衝壓發動機的專利並在1932年獲得通過。衝壓發動機的原理非常簡單:飛行時迎面氣流在通過涵道的過程中將動能轉變為壓力能,經壓縮後的空氣進入燃燒室與燃料混合進行等壓燃燒,生成的高溫燃氣在噴管中膨脹加速後排出,產生推力。衝壓發動機結構簡單,非常適合高速飛行,但是衝壓發動機的問題是不能從初速為0的狀態啟動,因為空氣沒辦法壓縮,所以必須要有別的方式先讓飛機向前動起來才行。如SR71就是低速用渦噴,高速用衝壓。

同樣1928年,英國克倫威爾皇家空軍學院的弗蘭克·惠特爾提出了新的噴氣發動機設計,在1932年獲得了專利,就是後來的渦輪噴氣發動機,其原理是發動機啟動(可以使用電啟動)後,前面的壓氣機將空氣壓縮,然後進入燃燒室點火燃燒,後面跟著的是渦輪,渦輪受燃燒室氣體膨脹推動的作用高速旋轉,為前面的壓氣機提供動力。如米格17、F4等飛機。

渦噴的高速性能不錯,但是比較費油,不太經濟,特別是在亞音速飛行的時候。於是後來在渦噴的基礎上在前面加了一個涵道(外涵道),用大面積的風扇作為前級,變成渦輪風扇發動機,這樣就能提供很好的低速飛行經濟性。如常見的波音、空客、C919等客機。

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來源:www.toutiao.com
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