问题

涡轮喷气发动机的涡轮是干什么用的?

回答
涡轮喷气发动机这东西,说白了,就是靠一股子气流往后喷,把自己往前推。那这股气流是怎么来的呢?这就得好好聊聊发动机心脏里的那个关键部件——涡轮了。

你可以把涡轮喷气发动机想象成一个非常高级的空气“挤压器”加“点火炉”,再加上一个强力“吹风机”。涡轮,就是这个强大系统里的一个核心动力来源。它的主要作用,就是驱动前面的压气机。

为了把这个说得更透彻点,咱们一步步来拆解发动机的工作流程,你就能明白涡轮到底有多重要了。

第一步:吸气(进气道)

发动机最前面,那个大大的喇叭口,就是进气道。它负责把大量的空气吸进来。这时候的空气,咱们就叫它“新鲜空气”吧,压力不高,温度也不算高。

第二步:压缩(压气机)

吸进来的空气,可不能就这么直接烧。要让它产生巨大的推力,得先给它加压力。这任务就交给了压气机。压气机里面有很多层像风扇叶片一样的东西,它们叫做“叶轮”。这些叶轮是旋转的,而且转速非常高。每一层叶轮都会把进来的空气往下一层推,并且让空气的压力一点点升高。你可以想象成一连串越来越小的风扇,一层比一层转得快,把空气越挤越紧。

但是问题来了,压气机要这么高速旋转,它需要很大的动力才能驱动。谁来提供这个动力呢?这时候,咱们的涡轮就闪亮登场了!

第三步:燃烧(燃烧室)

经过压气机一番“折腾”,空气的压力和温度都大大升高了。这时候,它就被送进了燃烧室。在燃烧室里,会喷入燃油,然后通过火花塞点燃。燃油在高温高压的空气中燃烧,会产生更剧烈的膨胀,释放出巨大的能量。你可以想象成一场非常猛烈但受控制的爆炸。

第四步:膨胀做功(涡轮)

燃烧产生的这股高温高压的燃气,就像是被点燃的煤气罐里喷出的气体一样,带着巨大的能量。这股燃气就会一股脑地冲向发动机的最后一个核心部件——涡轮。

涡轮长得也像一堆特殊的风扇叶片,但它不是用来推空气的,而是被高温高压的燃气吹动的。当那股子炽热的燃气高速冲过涡轮叶片时,就会给涡轮施加一个强大的推力,让涡轮像风车一样高速旋转起来。

这股子被燃气吹动的力量,其实就是把燃烧室里的热能转化成了机械能。而这股机械能,就是驱动前面压气机的“马力”来源。

第五步:加速喷气(喷管)

涡轮被燃气吹动后,燃气本身也因为损失了一部分能量而膨胀,压力和温度会下降一些,但仍然保持着很高的能量。这股被涡轮“减速”但仍有余威的燃气,最后会通过发动机后面的喷管被高速喷出去。当这股高速气流向后喷射时,根据牛顿第三定律——作用力与反作用力相等且方向相反,发动机就会被这股向后的气流推着向前飞。这就是喷气发动机产生推力的最直接方式。

所以,涡轮到底干什么用的?

简单来说,涡轮就是发动机的“能量回收装置”和“动力输出轴”。

1. 驱动压气机: 涡轮最核心的功能是利用燃烧室里高温高压燃气的能量,来驱动前面的压气机高速旋转。没有涡轮提供的动力,压气机就无法工作,也就没有压缩后的高压空气送入燃烧室。这是一个自我循环、自我驱动的过程。压气机吸入并压缩空气,燃烧室加热压缩后的空气产生高温高压燃气,燃气又通过涡轮来驱动压气机,形成一个连续运转的动力循环。
2. 转化热能为机械能: 涡轮是发动机里实现热能到机械能转换的关键部件。它将燃烧产生的巨大的热能,转化为驱动压气机运转的旋转机械能。
3. 提升效率: 通过涡轮回收一部分燃气能量,用来驱动压气机,这极大地提高了发动机的整体效率。如果只是简单地把空气烧了然后往后喷,效率会低很多。涡轮的设计让发动机能够以更少的燃料产生更大的推力。

你可以把涡轮想象成一个骑自行车的人。压气机就像是这个人蹬自行车的腿,而涡轮就是这个人踩的踏板和曲柄。燃气流过涡轮,就像是蹬踏板的力量,驱动整个传动系统(轴)去带动前面的轮子(压气机)转动。这个自行车就是靠自己“腿”的力量往前走的。

没有了涡轮,涡轮喷气发动机就无法形成那个高压、高温、高速的气流循环,也就没办法产生持续的推力了。所以,涡轮是涡轮喷气发动机的心脏,是它能像一台强力吹风机一样,源源不断地向后喷射气流,让飞机向前飞行的关键所在。

网友意见

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吸气,压缩,膨胀做功,喷出,但是涡轮在这里起到了什么作用呢?还有涡扇和涡浆发动机里的涡轮

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