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噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是熱機(jī)的一種。- a/ B# V7 P M; T; W0 ?$ C
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熱機(jī)是連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力裝置。熱機(jī)的熱效率為輸出的機(jī)械能與輸入的熱能的比值。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，這個(gè)比值應(yīng)小于1。
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; T" A' y( J- f/ z5 E! R 獲得機(jī)械能的過程是通過氣體膨脹做功，但是，膨脹是有限度的，必須在膨脹后使其恢復(fù)到初始狀態(tài)，才能進(jìn)行下一次做功，以獲得連續(xù)的機(jī)械能輸出。右圖為一理想熱機(jī)循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)。縱坐標(biāo)為氣體溫度，橫坐標(biāo)為氣體的熵。A－B為定溫加熱膨脹過程，加入的熱量q1 全部對(duì)外做功；C－D為定溫放熱收縮過程，外界做功全部轉(zhuǎn)化為熱量q2 放出，B-C和D-A過程相互抵消。
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因此，一個(gè)循環(huán)的做功輸出：
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2 H; R T1 _" |$ A7 z6 L0 G 即為陰影部分的面積。那么，卡諾循環(huán)熱機(jī)的熱效率：3 Q0 a& p) t3 F# r7 R* b0 Y$ R! X
: ~$ K+ e* C. j" R, v n=W/ q1=1－T2/T1; j$ H3 v3 a8 _6 B7 r; Y
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可見，要提高卡諾熱機(jī)的熱效率，應(yīng)該提高高溫?zé)嵩吹臏囟萒1，或降低低溫?zé)嵩吹臏囟萒2。8 R6 K% P/ d1 A' Q! I
; ]2 u2 v0 m5 @2 t- R 對(duì)于航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)來講，雖然其循環(huán)并非嚴(yán)格卡諾循環(huán)，但這一原則同樣有效。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庵苯优诺娇諝庵校蜏責(zé)嵩礈囟群茈y降低，只有提高高溫?zé)嵩吹臏囟龋刺岣呷細(xì)鈴娜紵疫M(jìn)入到渦輪前的溫度，這樣才能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。1 l- {3 E8 s3 z1 u, f6 H' I% G
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比
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噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和發(fā)動(dòng)機(jī)的凈重之比，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。
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6 `+ b& d1 U j' v& i( l+ t) x. a 推重比是一個(gè)綜合性的性能指標(biāo)，它不僅體現(xiàn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在氣動(dòng)熱力循環(huán)方面的水平，也體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)水平。目前，高性能的加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比可達(dá)8～10。
, i. r7 L# u: O* e3 f v推進(jìn)效率 / S( w2 A; M& u6 ]* Q7 d4 T0 k0 [( ]
2 D' v+ F- m3 [# ?( t: F; k 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)既是發(fā)動(dòng)機(jī)又是推進(jìn)器，因此就存在一個(gè)推進(jìn)效率的問題。所謂推進(jìn)效率，就是指發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給飛行器的推進(jìn)功率與其產(chǎn)生的總機(jī)械功率之比，即：2 H }" h3 {& t* J
d+ L! M/ V D1 D- y 推進(jìn)效率 = 傳給飛行器的推進(jìn)功率 / 進(jìn)排氣的機(jī)械能之差
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G5 X- d$ p) [5 k& _ 根據(jù)計(jì)算可知，發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率僅與進(jìn)氣速度（等于飛機(jī)飛行速度）和排氣速度有關(guān)：
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/ {. z# b. F: L7 [推進(jìn)效率 =
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7 p$ a5 S' W/ \% T2 b1+排氣速度/進(jìn)氣速度$ k E4 M h+ ]$ p8 D% Q1 ~
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由此可見，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率由排氣速度和飛行速度的比值決定，比值越大，推進(jìn)效率越低。/ K3 k& C! U! T
+ ^* ^. d7 ]5 F1 v/ |1 `渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比 & {* K7 f9 I- h, m" a
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- w# l8 Z4 K" @+ j0 r 在結(jié)構(gòu)上，通常將噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪叫做核心發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)獍l(fā)生器。
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當(dāng)空氣流經(jīng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的前端風(fēng)扇后，分為兩個(gè)部分：一部分氣流進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)生器，叫做內(nèi)涵道；另一部分從燃?xì)獍l(fā)生器的外圍通過，稱為外涵道。外涵道與內(nèi)涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。
5 O/ j. L0 H* O/ d$ {$ w沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) ; N" @4 T8 r* X0 s$ f' G0 K3 b
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$ m6 M) N9 G8 e& ^; L+ j 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)。
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' c# ?, F. K% @; j% [/ Y7 u9 K 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)的工作時(shí)，高速氣流迎面向發(fā)動(dòng)機(jī)吹來，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2OO千牛。
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5 m+ D/ a! B( k/ H 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。3 @8 r) [+ l+ W, U R) t; Y
: o$ e- u$ e) x 一、亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)
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7 r! h& U! u# `2 D( l 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 1.89，飛行馬赫數(shù)小于 O.5時(shí)一般不能正常工作。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)。1 k& w T: I' l
( A4 d- C8 H2 @0 p/ _# o3 ~( G 二、超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)& V1 s/ `4 H5 B: n, j/ F; g
5 Z( T- y2 d: P, W 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）。
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三、高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)" d+ {6 P8 H9 B" D& Q1 N! D( L
2 f1 Y. `1 ?9 i8 b$ E 這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒在超音速下進(jìn)行，使用碳?xì)淙剂匣蛞簹淙剂希w行馬赫數(shù)高達(dá)5～16，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)。
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樓主: gll123
發(fā)表于 2014-12-6 08:44:29
