作业帮喷气飞机的发动机和火箭的作用原理是不是一样?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/28 20:51:40
喷气飞机的发动机和火箭的作用原理是不是一样?
喷气飞机的发动机和火箭的作用原理是不是一样?
喷气飞机的发动机和火箭的作用原理是不是一样?
冲压喷气发动机的诞生
早在1913年,法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计,并获得专利.但当时没有相应的助推手段和相应材料,只停留在纸面上.1928年,德国人保罗·施米特开始设计冲压式喷气发动机.最初研制出的冲压发动机寿命短、振动大,根本无法在载人飞机上使用.
于是1934年时,施米特和G·马德林提出了以冲压发动机为动力的“飞行炸弹”,于1939年完成了原型.后来这一设计就产生了纳粹德国的V-1巡航导弹.此外纳粹德国还曾试图将冲压喷气发动机用在战斗机上.1941年,特劳恩飞机实验所主任、物理学家欧根·森格尔博士在吕内堡野外进行了该类型发动机的试验,但最终未能产生具有实用意义的发动机型号.
二战后冲压发动机得到了极大的发展,为多种的无人机、导弹等采用.
冲压喷气发动机的原理
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冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字.
冲压发动机由进气道（也称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成,比涡轮喷气发动机简单得多.冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程.这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机,是冲压喷气发动机最大的优势所在.进气速度为3倍音速时,理论上可使空气压力提高37倍,效率很高.高速气流经扩张减速,气压和温度升高后,进入燃烧室与燃油混合燃烧.燃烧后温度为2000一2200℃,甚至更高,经膨胀加速,由喷口高速排出,产生推力.因此,冲压发动机的推力与进气速度有关.以3倍音速进气时,在地面产生的静推力可高达2OO千牛.
冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类.亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料,采用扩散形进气道和收敛形喷管,飞行时增压比不超过1.89.马赫数小于O.5时一般无法工作.超音速冲压发动机采用超音速进气道,燃烧室入口为亚音速气流,采用收敛形或收敛扩散形喷管.用航空煤油或烃类作为燃料.推进速度为亚音速～6倍音速,用于超音速靶机和地对空导弹.高超音速冲压发动机使用碳氢燃料或液氢燃料,是一种新颖的发动机,飞行马赫数高达5～16.目前尚处于研制阶段.前两类发动机统称为亚音速冲压发动机,最后一种称为超音速冲压发动机.
冲压喷气发动机原理图
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冲压喷气发动机与其他推进方式结合后,衍生了多种有特色的发动机,如火箭/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等.下图为火箭/冲压组合发动机原理图：
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冲压喷气发动机的优缺点
冲压发动机的优势在于构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低.简单的说就是一个带燃油喷嘴和和点火装置的筒子.因此常用于无人机、靶机、导弹等低成本或一次性的飞行器.同时由于推重比远大于其他类型的喷气发动机,非常适合驱动高超音速飞行器,如空天飞机、先进反舰导弹等.
但冲压发动机没有压气机,就不能在地面静止情况下启动,所以不适合作为普通飞机的动力装置.通常的解决方法是增加一个助推器,使飞行器获得一定的飞行速度,然后再启动冲压发动机.最常见的助推器为火箭发动机.此外也可由其他飞行器挂载仅装有冲压发动机的飞行器,飞行到一定速度后,再将仅用冲压发动机的飞行器投放.
中国C-101超音速反舰导弹,采用两台冲压发动机.图中显示了C-101发射时火箭助推器工作的情景.
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