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十万个为什么|为什么有的喷气飞机有螺旋桨?

2018-4-13 09:11 虚拟现实 懒虫萌萌 评论(0) |原作者: [责任编辑:白璐] |来自: 来源:科普中国

  作者:颜思铭

  1937年4月12日,由英国工程师惠特尔发明、动力喷气公司制造的涡轮喷气发动机首次装上飞机并试飞成功。那么,你可知道,为什么有的喷气飞机也有螺旋桨呢?

  一般人印象中的喷气飞机机身上是没有螺旋桨的。但是,有些飞机在飞行时发动机在向后喷气,同时还装有螺旋桨。这是什么原因呢?

  我们先来看一下空气喷气发动机的工作原理。空气流入喷气发动机后,先经过很多叶片组成的压气机。空气被压气机压缩后,形成高压空气进入燃烧室,与燃料混合燃烧,成为具有很大能量的高温燃气并向后喷出。这些高温高压气体喷出时,会推动一级或多级涡轮高速转动,同时也会带动压气机转动。流过涡轮的高温高压气体从尾喷管高速向外喷出。向后喷出的气体会对发动机产生向前的推力,这就是目前的“涡轮喷气发动机”(简称涡喷发动机)的工作原理。

  为了进一步提高喷气发动机的效率,有人在涡喷发动机的前面加了一个直径较大的风扇,形成“涡轮风扇发动机”(简称涡扇发动机)。通过风扇的空气有一部分从压气机、燃烧室等部件的外侧通道流过,称为“外涵气流”;一部分空气则照常流过压气机和燃烧室进行燃烧并向后高速喷气,这部分空气称为“内涵气流”。外涵气流与内涵气流的流量比值,被称为“涵道比”。涵道比小的涡扇发动机主要用于轰炸机和攻击机,涵道比大的涡扇发动机主要用于客机和运输机。

  涡扇发动机喷出的气流速度和温度都相对较低,有助于改善低速飞行时的效率,并降低耗油量。因此,现在的飞机基本都采用涡扇发动机。但飞机在高速飞行特别是超声速飞行时,涡扇发动机的效率变差。因此,战斗机的涡扇发动机都安装加力燃烧室来解决这个问题,而民用飞机由于一般无需超声速飞行,所以不必安装加力燃烧室。

  如果在涡喷发动机的前面再加一个由涡轮机带动的螺旋桨,就成了“涡轮螺旋桨发动机”(简称涡桨发动机)。这种发动机一般安装于对速度要求不高(一般为400~800千米/时)而对低油耗要求较高的飞机上。它和传统的螺旋桨飞机不同,本质上还是由涡轮带动的,烧的是煤油;而传统的螺旋桨飞机则由活塞式发动机带动,烧的是汽油。

  除了上述几种喷气发动机以外,还有一种不需要压气机和涡轮的喷气发动机,那就是“冲压发动机”。飞机在高速飞行时,流经发动机的空气速度很快,已经具有较强的压力。因此,直接利用进气道对空气的压缩就可以得到具有足够压强、直接进入燃烧室做功的空气,而无需使用压气机。这种发动机的好处是由于不采用复杂的压气机而使其结构简单,缺点是这种发动机必须在2倍声速以上的高速时才能工作,因此首先要采用其他手段使飞机达到所需的飞行速度。

十万个为什么|为什么有的喷气飞机有螺旋桨?

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