現(xiàn)代飛行器推進(jìn)原理

風(fēng)扇并涌道內(nèi)涌道噴氣速度越快，尾部燃?xì)?溫度越低。風(fēng)扇并涌道內(nèi)涌道噴氣速度越快，尾部燃?xì)?溫度越低。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)原理：航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)主要由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、嘖管一等部分構(gòu)成。新鮮空氣由進(jìn)氣道進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)后，首先由壓氣機(jī)加壓成高壓氣體 ，接著由噴油嘴噴出燃油與空氣混合后在燃燒室進(jìn)行燃燒成為高溫高壓燃?xì)猓缓筮M(jìn)入渦輪段推動渦輪，將燃?xì)獾撵屎蛣幽苻D(zhuǎn)換成 機(jī)械能輸出，最后的廢氣由尾噴管排出。而由渦輪輸出的機(jī)械能中，一部分會用來驅(qū)動壓氣機(jī)，另一部分則經(jīng)由傳動軸輸出（渦輪軸發(fā)動機(jī)），用以驅(qū)動我們希望驅(qū)動的機(jī)構(gòu)如發(fā)電機(jī)、傳動系統(tǒng)或飛行器螺旋槳等。渦輪結(jié)構(gòu)：進(jìn)氣道壓氣機(jī)燃燎室渦輪機(jī)＜11壓氣機(jī)的功用：壓氣機(jī)的功用是對氣流做功，以提高氣流的壓力。一般燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)通常有軸流式和離心式兩種。軸流式壓縮機(jī)會有許多的葉片，形狀類似螺旋槳葉片，但是分為 “靜子”與“轉(zhuǎn)子”兩種。轉(zhuǎn)子就像螺旋槳一般地旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中將對氣流加功，增大氣流總壓 P*和總溫T*，這時氣流的壓力和溫度就會提高。靜子的功用是將因?yàn)檗D(zhuǎn)子的作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氣流導(dǎo)引回軸向，以正確的角度進(jìn)入下一組轉(zhuǎn)子，減小氣流絕對速度 C1。通常是一組轉(zhuǎn)子和一組靜子交互配置，而一組轉(zhuǎn)子和靜子就稱為一級。離心式壓縮機(jī)則是利用離心葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力將氣流向外推向機(jī)匣，而產(chǎn)生加壓的效果。一級的離心式壓縮機(jī)就能有數(shù)級軸流式壓縮機(jī)的壓縮比，對于較小型的燃?xì)廨啓C(jī)來 就是不錯的選擇，但是由于氣流是向外輻射，必須以大幅彎曲的通道折回內(nèi)部，故能量的耗損也較大，效率低。 增壓比是壓氣機(jī)的主要性能指標(biāo)，指的是氣流總壓在加壓后與加壓前的比 ，通常增壓比較高的燃?xì)廨啓C(jī)，效率也較高，但是氣流在壓縮過程中溫度會上升，考慮到渦輪所能承受的溫度有一定的限度，壓縮比太高反而不好。理想的壓縮過程應(yīng)該是等熵絕能過程，但是實(shí)際上壓縮后的氣流的溫度和熵都會大于理想值，壓力則低于理想值，而壓縮機(jī)的效率則定義為。

公式其中nc代表壓縮機(jī)效率，hi代表氣流進(jìn)入壓縮機(jī)之前的焓，h2i代表理想狀況下氣流離開壓縮機(jī)時的焓，h2a代表實(shí)際狀況下氣流離開壓縮機(jī)時的焓。依據(jù)熱力學(xué)定律， 壓縮機(jī)效率不可能大于1.燃燒室:燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點(diǎn)火裝置等組成。燃燒室按氣流在燃燒室中流動的方向分為三種：①直流式：氣流在燃燒室中沿軸向流動。多數(shù)發(fā)動機(jī)采用這種燃燒室。②折流式：氣流由壓氣機(jī)流出后，折成兩路流入火焰筒。一般與甩油盤配合使用。 ③回流式：壓氣機(jī)出口的空氣由燃燒室的后端流入火焰筒頭部。燃燒的燃?xì)鈩t向前形成回流。后兩種 形式氣流流動損失大，但能縮短發(fā)動機(jī)的長度，一般用于采用離心式壓氣機(jī)的發(fā)動機(jī)中。噴管三大功能：1、 能量轉(zhuǎn)換。把內(nèi)能轉(zhuǎn)換為動能；2、 保持燃燒室一定的壓強(qiáng)3、 可以控制推理方向。固體火箭發(fā)動機(jī)固體火箭發(fā)動機(jī)為使用固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)。固體推進(jìn)劑有聚氨酯』丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。固體火箭發(fā)動機(jī)主要由殼體、固體推進(jìn)劑、噴管組件、點(diǎn)火裝置—等四部分組成。噴管用于超音速排出燃?xì)?，產(chǎn)生推力；噴管組件還要有推力矢量控制（TVC）系統(tǒng)來控制導(dǎo)彈的飛行姿勢。原理:固體火箭發(fā)動機(jī)屬于化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)，用固態(tài)物質(zhì)（能源和工質(zhì)）作為推進(jìn)劑。固體推進(jìn)劑點(diǎn)燃后在燃燒室中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，即把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速，熱能轉(zhuǎn)化為動能，以極高的速度從噴管排出從而產(chǎn)生推力推動導(dǎo)彈向前飛行。固體推進(jìn)劑（固體燃料）固體推進(jìn)劑是由氧化劑、燃料（可燃劑）和其他添加劑組成的固態(tài)混合物 ，按配方組分性質(zhì)可分為 等；按質(zhì)地的均勻性分為均質(zhì)推進(jìn)劑（如單基、雙基推進(jìn)劑）和異質(zhì)推進(jìn)劑（如復(fù)合推進(jìn)劑和改性雙基推進(jìn)劑） ；按能量水平分為高能、中能、低能推進(jìn)劑，比沖大于2450牛?秒/千克（即250秒）為高能，2255牛?秒/千克（即230秒）到2450牛?秒/千克為中能，小于2255牛?秒/千克為低能；按特征信號分為有煙、微煙、無煙推進(jìn)劑。固體推進(jìn)劑分類：1、 單基推進(jìn)劑：由單一化合物（如硝化纖維素，即硝化棉，簡稱 NC）組成，它的分子結(jié)構(gòu)中包含可燃劑和氧化劑，溶于揮發(fā)性溶劑中。缺點(diǎn)：單基推進(jìn)劑由于能量水平太低，現(xiàn)代固體發(fā)動機(jī)不再使用。2、 雙基推進(jìn)劑：基推進(jìn)劑主要由硝化纖維素、硝化甘油（NG）和一些添加劑組成，兩種主要成分的分子結(jié)構(gòu)中都含有可燃劑和氧化劑。雙基推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是 一燒性能，燃燒速度壓力很?。还に囆阅芎?；具有低特征信號，排氣少煙或無煙；常溫下有較好的 安定性、力學(xué)性能和抗老化性能；原料來源廣泛，經(jīng)濟(jì)性好。 缺點(diǎn)是 一低溫下力學(xué)性能變差。雙基推進(jìn)劑主要用于小型固體燃?xì)獍l(fā)生器。 3、 復(fù)合推進(jìn)劑：復(fù)合推進(jìn)劑使用單獨(dú)的可燃劑和氧化劑材料，以液態(tài)高分子聚合物粘合劑作為燃料，添加結(jié)晶狀的氧化劑固體填料和其它添加劑，融合凝固成多相物體。為提高能量和密度還可加入一些粉末狀輕金屬材料作為可燃劑，如鋁粉（Al）。優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合推進(jìn)劑綜合性能良好，使用溫度范圍較寬，能量較高，力學(xué)性能較好，廣泛用于各種類型的固體火箭發(fā)動機(jī)，尤其是大型火箭發(fā)動機(jī)。4、 改性雙基推進(jìn)劑改性雙基推進(jìn)劑包括復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑（CMDB）和交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑（簡稱XLDB）兩類。液體火箭發(fā)動機(jī) 液體火箭發(fā)動機(jī)是指液體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)。常用的液體氧化劑有液態(tài)氧、四氧化二氮等,燃燒劑由液氫、偏二甲肼、煤油等。氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中。主要結(jié)構(gòu)：液體火箭發(fā)動機(jī)一般由1、推力室、2、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、3、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)組成。1、 推力室：推力室是將液體推進(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成推進(jìn)力的重要組件。它由 推進(jìn)劑噴嘴、燃燒室、噴管組住等組成。推進(jìn)劑通過噴注器注入燃燒室，經(jīng)霧化，蒸發(fā)，混合和燃燒等過成生成燃燒產(chǎn)物，以高速（2500一5000米/秒）從噴管中沖出而產(chǎn)生推力。燃燒室內(nèi)壓力可達(dá)200大氣壓（約200MPa）、溫度3000?4000°C，故需要冷卻。2、 推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)：推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進(jìn)劑。按輸送方式不同， 有擠壓式（氣壓式）和泵壓式兩類供應(yīng)系統(tǒng)。擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)是利用高壓氣體經(jīng)減壓器減壓后（氧化劑、燃燒劑的流量是靠減壓器調(diào)定的壓力控制）進(jìn)入氧化劑、燃燒劑貯箱，將其分別擠壓到燃燒室中。 ，這種系統(tǒng)是用液壓泵輸送推進(jìn)劑。3、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的功用是對發(fā)動機(jī)的工作程序和工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。工作程序包括發(fā)動機(jī)起動、工作、關(guān)機(jī)三個階段，這一過程是按預(yù)定程序自動進(jìn)行的。工作參數(shù)主要指推力大小、推進(jìn)劑的混合比。液體火箭發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是比沖高（250?500秒），推力范圍大（單臺推力在1克力?700噸力）、能反復(fù)起動、能控制推力大小、工作時間較長、效率高等。液體火箭發(fā)動機(jī)主要用作航天器發(fā)射、姿態(tài)修正與控制、軌道轉(zhuǎn)移等。液體火箭發(fā)動機(jī)是采用液體推進(jìn)劑的火箭發(fā)動機(jī)的簡稱。液體推進(jìn)劑由輸送系統(tǒng)送到發(fā)動機(jī)泵前，經(jīng)泵加壓后進(jìn)行發(fā)動機(jī)推力室的燃燒室進(jìn)行燃燒或分解，將推進(jìn)劑的公演能變?yōu)闊崮埽a(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，通過推力室噴管膨脹，將熱能變?yōu)閯幽?，以高速方式從噴管?nèi)向外噴出，產(chǎn)生反作用力一一推力，為火箭飛行提供所需的動力。液體火箭發(fā)動機(jī)主要由推力室、渦輪泵、燃?xì)獍l(fā)生器、火藥啟動器和各種閥門、調(diào)節(jié)器、管路等組成。工作原理：液體火箭發(fā)動機(jī)工作時（以雙組元泵壓式液體火箭發(fā)動機(jī)為例） ，推進(jìn)劑和燃料分別從儲箱中被擠出，經(jīng)由推進(jìn)劑輸送管道進(jìn)入推力室。推進(jìn)劑通過推力室頭部噴注器混合霧化，形成細(xì)小液滴，被燃燒室中的火焰加熱氣化并劇烈燃燒，在燃燒室中變成高溫高壓燃?xì)?。燃?xì)饨?jīng)過噴管被加速成超聲速氣流向后噴出，產(chǎn)生作用在發(fā)動機(jī)上的推力，推動火箭前進(jìn)。主要優(yōu)缺點(diǎn)：同固體火箭發(fā)動機(jī)相比，液體火箭發(fā)動機(jī)通常具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、通常比沖最高。2、推力可調(diào)，可隨意啟動、關(guān)機(jī)；可脈沖工作；推力時間曲線可任意控制，能實(shí)現(xiàn)飛行彈道重復(fù)。3、可在臨使用前進(jìn)行全面的檢測，飛行前可在地面或發(fā)射臺作全推力試車。4、能設(shè)計成經(jīng)發(fā)射場維護(hù)和檢測后可重復(fù)使用的。&推力室可冷卻，可降低質(zhì)量。6、可貯存液體推進(jìn)劑在飛行器上的貯存巳經(jīng)超過20年，發(fā)動機(jī)可快速投入使用。7、對于泵壓式供應(yīng)系統(tǒng)和較大的總沖，推進(jìn)系統(tǒng)死重（包括貯箱）相當(dāng)?。ū”凇⒌蛪嘿A箱），推進(jìn)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。8、大多數(shù)推進(jìn)劑的排氣無毒，環(huán)保能接受。9、同一推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)可為飛行器各處的多個推力室供應(yīng)推進(jìn)劑。10、工作期間為防止出現(xiàn)可能導(dǎo)致任務(wù)或飛行器失敗的故障而可以改變工況。11、能實(shí)現(xiàn)組件冗余以提高可靠性（如雙重單向閥或額外推力室）。12、多發(fā)動機(jī)情況下能設(shè)計成在一個或多個發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)后系統(tǒng)仍能工作（發(fā)動機(jī)故瘴工作能力）。13、低壓貯箱的形狀能按多數(shù)飛行器的空間限制設(shè)計（即安裝在機(jī)冀或鼻錐內(nèi)）。14、淮進(jìn)劑貯箱在飛行器內(nèi)的布局能最大程度地減小動力飛行段重心的變化量，提高了飛行器的飛行穩(wěn)定性、減小了控制力。15、通常羽流輻射很弱，煙霧很少。同時又具有如下缺點(diǎn)：1、設(shè)計相對比較復(fù)雜，組部件較多，故障模式較多。2、低溫推進(jìn)劑無法長期貯存。3、對于大多數(shù)工作時間短、總沖低的應(yīng)用，總重量較大（推進(jìn)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低）。4、非自燃推進(jìn)劑需要點(diǎn)火系統(tǒng)。5、需要獨(dú)立的增壓子系統(tǒng)給貯箱增壓。這可能需要長期貯存高壓（2000—10000psi｝惰性氣體。6、控制燃燒不穩(wěn)定性的難度較大。7、槍擊會造成泄漏，有時會引起曹火，但一般不會發(fā)生爆炸，膠體推進(jìn)劑可減小甚至消除這些危害。8、少數(shù)推進(jìn)劑（如紅煙硝酸）的煙霧有毒。9、由子推進(jìn)劑平均密度較低、發(fā)動機(jī)組件安裝效率相對較低，一般所需空間較大。10、若飛行器解體、燃料和氧化劑緊密混合，則有可能〔但一般不會〕產(chǎn)生爆炸性混合物。11、貯箱內(nèi)的晃動會給飛行穩(wěn)定性帶來問題，但可用隔板把問題減到最小程度。12、若貯箱出口露空，吸入的氣體會引起燃燒中斷或燃燒振蕩。13、某些烴類燃料會產(chǎn)生含煙〔灰）的排氣羽流。14、零重力環(huán)境下的啟動需采取專門的設(shè)計措施。15、低溫液體推進(jìn)劑有啟動延遲，因?yàn)榘严到y(tǒng)流道硬件冷卻到低溫需要一段時間。16、需冷卻的大型推力室的壽命大概限于一百多次啟動。17、大推力發(fā)動機(jī)的啟動時間需好幾秒。沖壓發(fā)動機(jī) 沖壓發(fā)動機(jī)是噴氣發(fā)動機(jī)的一種，他是利用高速氣流在速度改變下產(chǎn)生的壓力改變，達(dá)到氣體壓縮的目的原理來運(yùn)作。沖壓發(fā)動機(jī)本身沒有活動的部分，氣流從前端進(jìn)氣口進(jìn)入發(fā)動機(jī)之后，利用涵道截面積的變化，讓高速氣流降低，并且提高氣體壓力。壓縮過后的氣體進(jìn)入燃燒室，與燃料混合之后燃燒。工作原理：沖壓噴氣發(fā)動機(jī)的核心在于“沖壓”兩字。沖壓發(fā)動機(jī)由 進(jìn)氣道（也稱擴(kuò)壓器）、燃燒室、典噴管三部組成，比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動機(jī)后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜的壓氣機(jī)，是沖壓噴氣發(fā)動機(jī)最大的優(yōu)勢所在。進(jìn)氣速度為3倍音速時，理論上可使空氣壓力提高 37倍，效率很高。高速氣流經(jīng)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后，進(jìn)入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2000一2200°C，甚至更高，經(jīng)膨脹加速，由噴口高速排出，產(chǎn)生推力。因此，沖壓發(fā)動機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)。以 3倍音速進(jìn)氣時，在地面產(chǎn)生的靜推力可高達(dá)200千牛。分類：沖壓噴氣發(fā)動機(jī)目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。亞音速沖壓發(fā)動機(jī)以航空煤油為燃料，采用擴(kuò)散形進(jìn)氣道和收斂形噴管，飛行時增壓比不超過 1.89。馬赫數(shù)小于0.5時一般無法工作。超音速沖壓發(fā)動機(jī)采用超音速進(jìn)氣道，燃燒室入口為亞音速氣流，采用收斂形或收斂擴(kuò)散形噴管。用航空煤油或烴類作為燃料。推進(jìn)速度為亞音速? 6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對空導(dǎo)彈。高超音速沖壓發(fā)動機(jī)使用碳?xì)淙剂匣蛞簹淙剂希且环N新穎的發(fā)動機(jī)，飛行馬赫數(shù)高達(dá)5?16。目前尚處于研制階段。前兩類發(fā)動機(jī)統(tǒng)稱為亞音速沖壓發(fā)動機(jī)，最后一種稱為超音速沖壓發(fā)動機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：沖壓發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢在于構(gòu)造簡單、重量輕、體積小、推重比大、成本低一。簡單的說就是一個帶燃油噴嘴和和點(diǎn)火裝置的筒子。因此常用于無人機(jī)、靶機(jī)、導(dǎo)彈等低成本或一次性的飛行器。

同時由于推重比遠(yuǎn)大于其他類型的噴氣發(fā)動機(jī)，非常適合驅(qū)動高超音速飛行器，如空天飛機(jī)、先進(jìn)反艦導(dǎo)彈等。缺點(diǎn)但沖壓發(fā)動機(jī)沒有壓氣機(jī)，就不能在地面靜止情況下啟動，所以不適合作為普通飛機(jī)的動力裝置。通常的解決方法是增加一個助推器，使飛行器獲得一定的飛行速度，然后再啟動沖壓發(fā)動機(jī)。最常見的助推器為火箭發(fā)動機(jī)。此外也可由其他飛行器掛載僅裝有沖壓發(fā)動機(jī)的飛行器，飛行到一定速度后，再將僅用沖壓發(fā)動機(jī)的飛行器投放?；钊桨l(fā)動機(jī)工作原理工作原理塞發(fā)動機(jī)也叫往復(fù)式發(fā)動機(jī)，是一種利用一個或者多個活塞將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動能的發(fā)動機(jī)?；钊l(fā)動機(jī)是熱機(jī)的一種，靠汽油、柴油等燃料提供動力。工作原理工作原理活搴發(fā)勸機(jī)工作原理最常用的往復(fù)式發(fā)動機(jī)是利用汽油或者柴油燃料產(chǎn)生壓力的。通常都不止一個活塞，每個活塞都在