飞机靠什么推动的?——聊聊飞行原理

上次的讲到了飞机之所以能够飞起来,是因为曲面机翼上下气流流动速度不一致,导致上下压力不同,从而将飞机托了起来。可是这么庞大的机身光靠风把气流吹到机翼上这点速度产生的升力,是不足以把飞机托起来的,所以我们就需要一个额外的动力(发动机)来推动飞机运动。


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现在我们看到的是早期的活塞式发动机,这是一款星型活塞式发动机,五个活塞围绕着中间的转轴排列,每个活塞往复运动都带动转轴转动,最后由转轴驱动螺旋桨转动提供动力,驱动飞机。


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由于活塞式发动机功率的限制和螺旋桨在高速飞行时效率下降,只适用于低速飞行。大多应用于轻型飞机和超轻型飞机等,不适合用于军事行动。活塞式飞机大多数服役于20世纪50年代以前,仅有少量小型飞机,超轻型飞机,无人机等采用此种发动机。如果活塞式发动机不能做的太大,曾经美国普惠公司做了一台16缸的发动机,但是它工作不了几分钟,整个发动机都会因为发动机太热而起火燃烧,这也是现在喷气式发动机是主流的原因。

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其实喷气式发动机就像大家平时玩的气球,但是我们如果让气球中的气体沿着一个方向,在一定时间内喷出,就能推动小车直线运动了,这就是简单的喷气式了。


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可是单靠储存气体喷出,这只能是一次性的。后来的科学家发现只要在一个桶状的空间里靠燃料燃烧,产生高温高压的气体喷出,这样就能持续不断的提供动力推动航空器飞行。上图是最早期的喷气式发动机,脉冲式的喷气式发动机,用于二战时德国纳粹的V1式巡航导弹。但是这种发动机有个缺点,就是气体只能靠飞机向前飞时把空气压进去,同时脉冲时点火导致喷出的气体时断时续,这样如果放在有人驾驶的飞机上的话,动力不够而且会让人很不舒服。上图就是后期发展的涡喷发动机,这种发动机前方有压气机可以把气体压缩提高燃烧效率,同时有专门的燃烧室可以稳定的燃烧。这时候喷气式发动机就可以提供持续稳定的喷气,推动飞机飞行。后期也有带加力燃烧室的涡喷发动机,就是在发动机后方再加上一个燃烧室,让没有燃烧完的空气继续和燃料反应使空气的推力更大,这多用于战斗机。


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喷气式发动机再往后发展就是涡扇发动机,因为科学家发现燃烧的空气除了直接向后喷射,提供动力以外,还可以驱动发动机叶片使大量的空气被压缩,这样直接向后方喷出就能提供额外的动力。其实说白了就是把涡喷发动机外边再加上一个罩子,罩子前方有个压气机叶片压缩空气,完后通过外部管路向后喷出。


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这就是民航客机上使用的大涵道比的涡扇发动机,这种发动机前面的面积大,能吸入大量的空气压缩然后喷出,这样能大幅度提高燃油使用效率,使跨大洲远程飞行成为现实。

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现在大家看到的这款喷气式发动机感觉跟一开始介绍的活塞式螺旋桨差不多,但是它也是一款喷气式发动机,这个就叫做涡桨式喷气式发动机,这种发动机多用于中小型运输机使用。


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还有一种和刚说到涡桨发动机类似,它不只靠喷气来推动,靠的是热气流推动传动机构来使直升机旋翼运动而产生升力,这个就是涡轴发动机。


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喷气式发动机尾部的气流喷射速度非常快,而且温度也非常高,建议大家不要靠近发动机的尾喷管,不然可不像上图这样只把脸吹变形这么简单。好了,我们知道了飞机的升力是怎么产生的和飞机的动力源,下次我们来了解一下飞行员是怎么操控飞机在空中运动的。

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