涡轮发动机是怎么做到只对后面喷气的?

火箭发动机只有一个出口,空气显然只能从尾部喷出。然而吸气式引擎有前面一个进气口和后面一个尾喷管。涡轮发动机是怎么做到让燃气只向后喷出,然不会向前喷出呢…
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哎,我来给个简单的答案吧。先说一下其他答案里提到过的等压燃烧,等的是压强,不是压力。

你去看液压机就明白了,一头用个小活塞,另一头用大活塞,小活塞加压,因为各处压强一样,所以大活塞向外推的压力等于小活塞的压强/小活塞的面积X大活塞的面积。

换句话说,只要大活塞的面积是小活塞的几倍,那大活塞向外推的力量就是小活塞加压力量的几倍。

但是有个问题是,大活塞往外推的时候,造成内部体积增大,压强就迅速降低了,所以还有另一个问题,就是大活塞的行程只有小活塞的几分之一。

有了这个概念,我们再来看喷气式发动机,同样如果燃烧室的入口很小,而出口很大,这样在保持压强一样的情况下,出口的压力就能达到入口的好几倍。换句话说,用一个力往燃烧室里压气,可以得到向后喷的好几倍的力。但问题是出口大了,气体体积一下就膨胀了,压力就变小了啊。所以用燃烧给气体加热,加上液体燃料燃烧生成的气体体积也会膨胀很多,这样就保持了气体体积扩大后依然保持了压强。

所以喷气式发动机完全可以做到燃烧室(或者后段喷口)的压强和燃烧室的进气口一致,甚至比进气口还略低,但因为屁股后面面积大,所以向后的压力(压强X面积),比燃烧室的进气口大,这样就既不会往前倒喷,又能提供很大的推力推着飞机走。

PS:还有一点,就是升温并不等于气体立刻膨胀,因为气体受热后膨胀是有速度的,就像你把炸药点燃后,爆炸也是有个速度限制的,所以其实喷气式发动机的气体膨胀并不是完全发生在燃烧室。点燃后要稍微往后喷一点儿才会充分膨胀。

其实现在好多涡扇发动机的结构太复杂,很多人喜欢直接在上面画图说明,看得别人眼花缭乱。我建议大家去看冲压发动机,那个结构简单,就是个光秃秃的通道,看那个的气体点火膨胀的示意图,一看就明白了。

编辑于 2023-01-21 20:03・IP 属地四川