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标题: 涡轮喷气发动机的原理探讨 [打印本页]
作者: goldllc2004    时间: 2008-12-8 23:21
标题: 涡轮喷气发动机的原理探讨
最近对涡轮喷气发动机很感兴趣，查了很多资料，一直不明白涡轮喷气发动机的推力来源，看到群里面有些模友做的脉冲喷气发动机尾焰非常明显，很多评论说只是个喷灯，本人一直不是很明白为什么；后来了解到涡轮风扇发动机与涡轮喷气发动机的差别在于涡轮风扇发动机降低了排气速度，却提高了推力，降低了燃油消耗。我以前一直以为只要喷气的速度够快、燃烧的油够多就能获得很大得推力，直到今天，个人感觉才算理解了涡轮喷气发动机的原理。
为了理解涡轮喷气发动机的原理，我们考察涡轮喷气发动机工作的一个极小的时间t内，我们做一个假设，假设飞机的质量为M，很小的时间t内流进涡轮喷气发动机的空气质量为m，并且假设进入发动机的空气初始速度和飞机一样，那么以飞机为参考，发动机里面的空气在没有和燃油燃烧前相对飞机静止。以飞机为参考系，假设飞机在某极小时间内经过发动机燃油燃烧排出燃气后的速度为V1，向后排出的空气速度一致都为V2，
那么根据动量守恒：
MV1+mV2=0
假设被有效转化的能量为E
那么：
1/2M（V1）2+1/2m（V2）2=E
通过这2个公式解V1，得到V1、V2的公式（由于这里编辑公式太麻烦，就不解了，相信这个很简单）
从V1公式我们可以看出，当m变大时，V1就会变大，V1变大意味着飞机速度增加更大，在同样时间里面意味着发动机的推进功率越大，推进效率越大；从V2的公式里面可以看出，当m变大时，V2就会变小，意味着喷口的喷气速度降低。

那么从上面得结论中，我们就可以理解涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机为什么降低喷气速度能提高推进效率，并且提高燃油效率了：

由于涡轮风扇发动机有外涵道风扇，导致涡轮的负载加大，燃烧室的压力相对于涡轮喷气发动机增加，进入燃烧室的空气量相对涡轮喷气发动机增加，也就是结论中的m增加，在相同的燃油下，即E相同情况下，按照结论V1会增加，也就是推进功率增加，推进效率增加。由于喷出的气流有一定的速度，所以有动能，有一定的温度也会有能量在里面，那么涡轮风扇发动机降低排出速度的好处有，1、可以降低喷气的动能；2、排气速度降低，意味着在单位时间内进气量增加，即上面的m增加，单位时间内的E被充分转化到飞机动能；3、排气速度降低可以降低排气的温度。可能有人问按你这么说排气速度为0不是最好，事实是极端情况是这样得，你看枪的发射过程，如果把飞机当子弹，喷气当枪，结果会怎么样？只是这是流体，不可能完全没速度而已。

那么脉冲喷气发动机的尾焰为什么会降低效率呢：
因为上面假设的E是由燃油转化来的，不可能完全转化为我们上面假设的E，会乘以一个百分比，而脉冲喷气发动机的尾焰处于燃烧室外，已经是被排出去的气流，不会参与能量转化到系统的过程，完全是一种浪费，所以降低了系统效率。

其实这个过程和一根被压缩了的弹簧，弹簧两端接两个质量分别为M和m的球，然后放开弹簧的过程相似。弹簧的势能就是发动机燃油提供得能量，M为飞机质量，m为进气质量。

以上是个人的理解，有很多错误得地方，请大家修改完善，让大家了解清楚涡轮喷气发动机的原理，利用理论来指导我们搞涡轮喷气发动机。
作者: xugangman    时间: 2008-12-9 00:30
这里还有压力和温度的问题，以前看过一些介绍不过全忘了！只是依稀记得，涡轮前温度越高越好。至于喷口的温度就忘了！
作者: goldllc2004    时间: 2008-12-9 09:37
1：涡扇发动机的涡轮进口处指前级风扇后边，这里的温度远远超过环境气温，这个温度是前级风扇压缩气体后的温度，温度越高证明前级风扇提供的压力越大，空气密度越高，进气量越大(其实就是上面结论中的m增加），发动机的功率越充沛，效率越高。
2：涡喷发动机的涡轮喷口处就是直接接触外部空气，这里的温度就比较接近外界气温，当然由于压缩冲量（压缩冲量意思是喷气存在速度，对喷气来说存在压缩，必然会有一定温度），也会导致温度有所提高，最好的情况是喷出的气体在大气中不再膨胀。在同等速度下这里的温度越高，意味着喷气带有的热能越多，喷出的气体在大气中膨胀后降温到大气温度，从而把能量散失到大气中，温度越高的喷气损失的能量越大，这种情况可以认为发动机进气量小，燃烧的能量没有足够的进气来转化，导致燃烧的转化效率降低；也可认为燃油太多，燃烧的热能被浪费掉了，这也是很多模友做的脉冲喷气发动机看得见明显的尾焰，意味着喷出的气体含有大量的热能的原因。

[ 本帖最后由 goldllc2004 于 2008-12-9 21:32 编辑 ]
作者: hzjzjc    时间: 2009-1-29 01:38
高人~~！
  我又学到了很多东西~~！
   谢谢~~！
作者: xugangman    时间: 2009-1-29 02:12
我记得是喷气发动机的喷口温度越接近大气温度越好，代表这样证明从燃烧室出来的高温气体全部膨胀了，从而获得了较高的压力和速度。这也是为什么真飞机，发动机后面都有很长的一段空间什么也没有，那个好像就是叫膨胀室吧！不知道对不对。直接喷火的肯定要浪费很多能量的。
作者: shanqiu    时间: 2009-2-7 18:51
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[ 本帖最后由 shanqiu 于 2009-2-7 19:12 编辑 ]



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