飛機飛行時燃燒航空煤油,在高空氧氣稀薄的情況下,是如何保證飛行動力的?

牛桂森


為了回答這個問題,首先介紹一下噴氣式發動機的主要構造和原理:

噴氣式發動機按工作原理分成兩大類——渦噴和渦扇。

渦噴發動機前端設置一系列壓氣機葉片,通過壓氣機葉片高速旋轉,將外界空氣抽入發動機,並在抽入的過程中對空氣進行連續加壓,這樣就可以向燃燒室注入符合要求的高壓空氣。高壓空氣和航空煤油噴霧混合,點火,燃燒,經過一個拉瓦爾喉道(收縮-膨脹)向後方噴射,在噴射過程中推動渦輪旋轉,這個渦輪旋轉會帶動前端的壓氣機繼續旋轉,這樣就產生了持續性工作力量。

渦扇發動機的原理較為複雜,前端壓氣機分成了兩個涵道,直徑較大的外涵道和直徑較小的內涵道。被壓氣機吸入的空氣也被分成兩個部分,一部分走外涵道,加壓之後,並未流入燃燒室參加化學反應;另一部分走內涵道,如同渦噴發動機那樣,參加化學反應。

兩個空氣之後在噴管部位混合,合併之後噴向外界,形成反作用的推力。

從原理上來看,無論是渦噴還是渦扇發動機,都是屬於“自帶”壓氣機的航空發動機,對於外界大氣壓強變化並不敏感,因為這些噴氣式發動機的加壓效果達到20倍以上。正因為如此,使用噴氣式發動機的飛機,能夠在10000米以上高度飛行,甚至還可以達到20000米以上高度。相比之下,採用活塞式動力的飛機,一般低於5000米,如果配置渦輪增壓器可以達到10000米左右,再往上就很難了。


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航空發動機專業的同學來回答一下這個問題。

題主提出來的問題是對的,因為高空中氧氣非常稀薄,按照一般人的想法,氧氣不足航空煤油自然就沒有辦法點燃了,那麼為什麼在高空中飛行的航空發動機卻可以正常工作呢?

首先,空氣在進入燃燒室之前,都是要經過壓氣機的壓縮的。

如下圖所示,就是航空發動機裡面的高壓壓氣機,我們可以看到上面密密麻麻的葉片,當發動機轉子轉動起來的時候【再下一張圖中就是轉動的壓氣機】,壓氣機轉子葉片和靜子葉片共同作用就可以把空氣壓縮,而隨著空氣壓力的提高,一定體積空氣內含有的氧氣就會提高很多,當然就不會出現“缺氧”而無法燃燒的情況了。

而充足的氧氣是充分燃燒的必要條件,這也是為什麼航空發動機的增壓比是我們提高航空發動機效率的關鍵因素,航空發動機“三高”中的其中一高就是指的高增壓比,其他兩高是高涵道比、高渦輪前溫度。

比如說著名的GE9X發動機,其壓氣機的總增壓比可以達到61【如下圖所示】,相當於把原來的空氣壓縮到只有1/61的大小,這些高壓空氣中含有多少氧氣自然就不言而喻了吧。

其次,發動機在高空飛行的時候確實是跟地面不一樣的。

因為高空的空氣更加稀薄,所以即便是同一臺發動機,在地面上工作和在高空工作是完全不一樣的情況。

但是因為工程師在設計發動機的時候就已經考慮到這一點了,所以通過合理的發動機設計,不僅可以保證高空的稀薄空氣給發動機的正常工作造成什麼不利影響,還可以讓在高空飛行的時候(巡航階段)是最省油的,自然也就把這個問題給解決了。

下面這張圖就是飛行高度、發動機轉速對某發動機燃燒室燃燒效率的影響。可以看到,高度不同確實發動機的效率是不一樣的。

簡單說,只要你能夠想到的問題,航空發動機工程師都是已經想到了。不僅飛機在高空不會因為空氣稀薄而發生故障,甚至於高空的稀薄空氣恰恰是最省油的那個點。


SilentTurbine


高空空氣稀薄,說明高空有空氣,只是密度低而已。現代噴氣發動機都是渦輪增壓的,將稀薄的空氣增壓提高空氣密度可以滿足燃燒的條件。


長春潘工1


空氣進入進氣道經低壓壓氣機,再經高壓壓氣機兩級增壓!


江山北獨秀


渦輪增壓變種——壓氣機渦扇葉片。


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