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在下面這幅圖里,有一個(gè)機(jī)翼的剖面示意圖。機(jī)翼的上表面是彎曲的,下表面是平坦的,因此在機(jī)翼與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),流過上表面的空氣在同一時(shí)間(T)內(nèi)走過的路程(S1)比流過下表面的空氣的路程(S2)遠(yuǎn),所以在上表面的空氣的相對(duì)速度比下表面的空氣快(V1=S1/T V2=S2/T1)。

根據(jù)帕奴利定理流體對(duì)周圍的物質(zhì)產(chǎn)生的壓力與流體的相對(duì)速度成反比。,因此上表面的空氣施加給機(jī)翼的壓力 F1 小于下表面的 F2 。F1、F2 的合力必然向上,這就產(chǎn)生了升力。

從機(jī)翼的原理,我們也就可以理解螺旋槳的工作原理。螺旋槳就好像一個(gè)豎放的機(jī)翼,凸起面向前,平滑面向后。旋轉(zhuǎn)時(shí)壓力的合力向前,推動(dòng)螺旋槳向前,從而帶動(dòng)飛機(jī)向前。當(dāng)然螺旋槳并不是簡(jiǎn)?的凸起平滑,而有著復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)。老式螺旋槳是固定的外形,而后期設(shè)計(jì)則采用了可以改變的相對(duì)角度等設(shè)計(jì),改善螺旋槳性能。

飛行需要?jiǎng)恿?使飛機(jī)前進(jìn),更重要的是使飛機(jī)獲得升力。早期飛機(jī)通常使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,又以四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)為主。這類發(fā)動(dòng)機(jī)的原理如圖,主要為吸入空氣,與燃油混合后點(diǎn)燃膨脹,驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),再轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)輸出:

單單一個(gè)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率非常有限,因此人們將多個(gè)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)在一起,組成星型或V型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。下圖為典型的星型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)

現(xiàn)代高速?機(jī)多數(shù)使用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī),原理是將空氣吸入,與燃油混合,點(diǎn)火,爆炸膨脹后的空氣向后噴出,其反作用力則推動(dòng)飛機(jī)向前。下圖的發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖里,一個(gè)個(gè)壓氣風(fēng)扇從進(jìn)氣口中吸入空氣,并且一級(jí)一級(jí)的壓縮空氣,使空氣更好的參與燃燒。

風(fēng)扇后面橙紅色的空腔是燃燒室,空氣和油料的混和氣體在這里被點(diǎn)燃,燃燒膨脹向后噴出,推動(dòng)最后兩個(gè)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn),最后排出發(fā)動(dòng)機(jī)外。而最后兩個(gè)風(fēng)扇和前面的壓氣風(fēng)扇安裝在同一條中軸上,因此會(huì)帶動(dòng)壓氣風(fēng)扇繼續(xù)吸入空氣,從而完成了一個(gè)工作循環(huán)。

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 這類發(fā)動(dòng)機(jī)的原理基本與上面提到的噴?原理相同,具有加速快、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但如果要讓渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提高推力,則必須增加燃?xì)庠跍u輪前的溫度和增壓比,這將會(huì)使排氣速度增加而損失更多動(dòng)能,于是產(chǎn)生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)油耗大,對(duì)于商業(yè)民航機(jī)來說是個(gè)致命弱點(diǎn)。

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣一部分從外部管道(外涵道)后吹,一部分送入內(nèi)涵道核心機(jī)(相當(dāng)于一個(gè)純渦噴發(fā)動(dòng)機(jī))。最前端的風(fēng)扇作用類似螺旋槳,通過降低排氣速度達(dá)到提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)效率的目的。同時(shí)通過精確設(shè)計(jì),使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)風(fēng)扇傳遞到涵道,同樣解決了排氣速度過快的問題,從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。由于該風(fēng)扇設(shè)計(jì)要兼顧內(nèi)外涵道的需要,因此難度遠(yuǎn)大于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 此類發(fā)動(dòng)機(jī)沒有風(fēng)扇等器件,完全靠高速飛行時(shí)產(chǎn)生的沖壓效應(yīng)壓縮吸入的空氣,點(diǎn)火、燃燒、后噴等原理。因此其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、推力大、加速快。缺點(diǎn)是需要外部能源進(jìn)行啟動(dòng)(通常為火箭助推),不適合循環(huán)使用。