在第二次世界大戰(zhàn)以前,所有的飛機都采用活塞式發(fā)動機作為飛機的動力,這種發(fā)動機本身并不能產(chǎn)生向前的動力,而是需要驅(qū)動一副螺旋槳,使螺旋槳在空氣中旋轉(zhuǎn),以此推動飛機前進。
當飛機的速度達到800公里每小時,由于螺旋槳始終在高速旋轉(zhuǎn),槳尖部分實際上已接近了音速,這種跨音速流場的直接后果就是螺旋槳的效率急劇下降,推力下降,同時,由于螺旋槳的迎風面積較大,帶來的阻力也較大,而且,隨著飛行高度的上升,大氣變稀薄,活塞式發(fā)動機的功率也會急劇下降。
早在1913年,法國工程師雷恩.洛蘭就獲得了一項噴氣發(fā)動機的專利,但這是一種沖壓式噴氣發(fā)動機,在當時的低速下根本無法工作,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氣渦輪發(fā)動機的個專利,但直到11年后,他的發(fā)動機在完成其首次飛行,惠特爾的這種發(fā)動機形成了現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機的基礎(chǔ)。
現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機的結(jié)構(gòu)由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成,戰(zhàn)斗機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動機仍屬于熱機的一種,就必須遵循熱機的做功原則:在高壓下輸入能量,低壓下釋放能量。
空氣首先進入的是發(fā)動機的進氣道,當飛機飛行時,可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動機,由于飛機飛行的速度是變化的,而壓氣機適應(yīng)的來流速度是有一定的范圍的,因而進氣道的功能就是通過可調(diào)管道,將來流調(diào)整為合適的速度。
進氣道后的壓氣機是專門用來提高氣流的壓力的,空氣流過壓氣機時,壓氣機工作葉片對氣流做功,使氣流的壓力,溫度升高。在亞音速時,壓氣機是氣流增壓的主要部件。
隨著航空燃氣渦輪技術(shù)的進步,人們在渦輪噴氣發(fā)動機的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了多種噴氣發(fā)動機,如根據(jù)增壓技術(shù)的不同,有沖壓發(fā)動機和脈動發(fā)動機;根據(jù)能量輸出的不同,有渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機和螺槳風扇發(fā)動機等。
噴氣發(fā)動機盡管在低速時油耗要大于活塞式發(fā)動機,但其優(yōu)異的高速性能使其迅速取代了后者,成為航空發(fā)動機的主流。
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