随着人类社会的发展,活塞式发动机因其动力不足、高速性能差等缺点,越来越不能满足人们的出行和战备需要。第二次世界大战后,活塞式发动机逐渐退出民用航空和军用飞机的主舞台,仅用于轻型飞机和直升机,如农业和林业机械、无人驾驶飞行器和商用飞机。然后是航空发动机的第二个时代——喷气式飞机时代。
喷气发动机是一种直接反应推进装置。低速工作介质(空气和燃料)被加压燃烧后高速喷出,直接产生反作用力。与活塞式发动机相比,喷气发动机在重量和高速性能方面要优越得多。事实上,早在1913年,法国工程师雷恩·洛林就获得了世界上第一项喷气发动机专利。其工作原理是:空气从进气口进入,经过供油系统后在燃烧室中燃烧,然后从推进喷嘴喷出产生推力。其原理与今天的冲压发动机非常相似,但由于当时材料技术和制造水平的限制,无法生产。
喷气发动机是如何工作的
从1937年到1938年,英国的惠特尔和德国的奥海因分别在雷诺·罗兰设计的发动机上增加了压缩机设计,实现了进气增压,从而开发出一种更实用、更高效的燃气涡轮发动机。这种发动机主要由进气装置、压缩机、燃烧室、燃气轮机和尾喷管组成。其工作原理是空气从进气装置进入发动机后,被压缩机压缩增压,然后进入燃烧室与喷射的航空煤油混合燃烧,形成高温高压气体,然后进入燃气轮机膨胀做功,驱动涡轮高速旋转,输出驱动压缩机和发动机其他附件所需的动力,燃气轮机排出的气体产生发动机的推力。
1939年8月27日,一架贺-178装备了由改进设计的HeS3B发动机。它成功地进行了第一次人类喷气式飞行,从而宣告了喷气式飞行时代的开始。这款HeS3B发动机是对奥海因最初设计的HeS1发动机的改进,台架推力从265daN增加到490daN。
第二次世界大战后,随着科学技术的迅速发展,在惠特尔和奥海因成功的基础上,航空发动机中的燃气涡轮发动机家族迅速壮大。涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮风扇发动机和螺旋桨风扇发动机相继出现。由于其性能远远优于活塞式发动机,它们仍然是推动飞机飞行的主要力量。此外,除航空业外,燃气轮机还广泛应用于航运和电力行业,成为推动社会进步和发展的重要引擎。
参考
1.严晓军。《典型航空发动机结构的比较与分析》,[M。北京:北京航空航天大学出版社,2011;
2.陈光刘大响。航空发动机:[飞机的心脏。北京:航空工业出版社,2003;
3.邓铭刘长福。[航空发动机结构分析。Xi安:西北工业大学出版社,2006。