问题

为什么喷气式发动机不说功率?

回答
这个问题问得非常实在,很多接触过汽车或者飞机的人,习惯了用“马力”来衡量发动机的动力,但到了喷气式发动机这里,就变成了“推力”。这中间到底有什么不同?为什么喷气式发动机不直接说“功率”呢?

要弄明白这一点,咱们得先从“功率”和“推力”这两个概念上掰扯清楚。

首先,咱们说说“功率”。

功率是一个描述做功快慢的物理量。简单来说,就是单位时间内物体所做的功。我们常说的马力,其实就是一种功率的单位(虽然是英制单位)。

怎么理解呢?想象一下,你搬一箱东西。你搬得越快,做的功就越多,功率也就越大。功率的通用公式是:

功率 = 力 × 速度

这个公式非常重要,它说明功率是力和速度的乘积。在汽车发动机里,这个公式体现得淋漓尽致。汽车发动机通过曲轴旋转,带动车轮前进。曲轴转动的速度(即转速)和它产生的力(扭矩)共同决定了发动机的功率。发动机输出的功率,最终转化为汽车前进的力乘以车轮转动的速度,推动汽车飞驰。

那么,为什么喷气式发动机不直接用“功率”来衡量呢?

症结就在于那个“速度”项。

喷气式发动机的工作原理是这样的:它吸入空气,在内部燃烧燃料,产生高温高压的气体,然后将这些气体以极高的速度从发动机后部喷射出去。根据牛顿第三定律——作用力与反作用力是大小相等、方向相反的——高速喷射的气体给发动机一个向前的拉力,这个拉力就是我们说的“推力”。

你看,喷气式发动机的核心是“把气体高速喷出去”,它直接产生的是一个“力”,也就是推力。而这个推力作用在飞机上,让飞机在空气中前进。

现在我们回到功率的公式:功率 = 力 × 速度。

如果我们说喷气式发动机有“多少功率”,那么这个“力”应该是推力,而这个“速度”又是什么呢?是发动机本身的转速吗?还是飞机飞行的速度?这就会产生歧义,而且不够直接。

更关键的是,喷气式发动机的输出并不是一个旋转的力(像汽车的曲轴),而是一个直线运动的“推”。它的工作方式决定了它最直接、最有效的衡量标准就是它能产生多大的“推”。

推力(Thrust)是什么?

推力是喷气式发动机直接输出的衡量动力大小的物理量。它就是发动机产生的一个向前的力,用来克服空气阻力、飞机自身重量(在爬升时)以及加速飞机。

想想看,一辆车要想跑得快,一方面需要发动机有足够大的力(扭矩),另一方面还需要车轮有足够快的转速。这两者结合起来才产生了功率,最终驱动汽车前进。

但飞机不一样。飞机在空中飞行,它需要的是一个持续的、强大的向前推力,让它能够克服空气阻力,并以某个速度前进。这个推力的大小,直接决定了飞机能飞多快,能爬多高,能承载多重的物体。

为什么说“功率”不适合喷气式发动机?

1. 输出形式不同: 汽车发动机输出的是旋转的动力,通过变速箱和传动轴传递给车轮,最终转化为线性的推力。喷气式发动机输出的是直接的线性推力。用“推力”来描述最直接、最根本。

2. 衡量标准更直接: 对于飞机来说,最需要知道的就是发动机能提供多大的力来克服阻力并获得速度。推力就完美地回答了这个问题。如果你告诉我一架飞机发动机的“功率”,我还是要问:“它能提供多大的推力?”因为推力是直接影响飞机飞行性能的关键。

3. 简化了复杂性: 喷气式发动机内部的工作非常复杂,涉及空气动力学、热力学等多个领域。如果非要计算“功率”,那就得考虑发动机内部的旋转部件(压气机、涡轮)的转速和它们产生的力,再考虑喷气的速度和方向,计算起来会非常繁琐,而且对实际应用没有直接的指导意义。直接测量和表达推力,是一种非常高效且实用的方法。

4. 不同速度下的性能: 功率是力乘以速度。这意味着,即使发动机产生的“力”是恒定的,随着飞机速度的变化,其“功率”也在变化。例如,一架飞机在低速时,即便发动机推力相同,其功率也比高速时小。反之,在高速时,若要保持相同的推力,发动机的“功率”会非常巨大。而“推力”这个指标,更能直观地反映发动机在不同工况下能提供的拉拽力。工程师们更关心的是发动机在不同飞行速度和高度下,能提供多少推力,这样才能设计出性能可靠的飞机。

打个比方:

想象一下你在用一个水枪。

汽车发动机 就像你用手摇一个水泵。你摇得越快(转速高),泵产生的压力越大(扭矩大),你就能把水打得又远又猛。这里功率就很好地描述了你摇水泵的“劲儿有多大”。

喷气式发动机 就像那个水枪本身。它直接喷射出水流,水流的速度和冲击力就是它产生的“推力”。你不需要关心你手握水枪的“转动”有多少力量,你只需要知道水枪能喷出多强的“水流”。

所以,总结一下:

喷气式发动机之所以不说功率,而是说推力,是因为:

推力是其直接的、最核心的输出形式。
推力更能直接、准确地衡量其在飞行中的作用。
使用推力指标,简化了对发动机性能的描述和评估。
推力比功率更能直观地反映发动机在各种飞行条件下的能力。

这就好比我们说“电机的功率”,是因为电机是通过转动来输出动力的;而我们说“火箭发动机的推力”,是因为火箭发动机是通过喷射燃气来产生向前运动的力。概念的本质决定了描述方式。

网友意见

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谢邀。

说说我的理解,飞机飞行中,要有一个推力来平衡阻力,并克服阻力获得速度以产生机翼升力。这就需要两个设备:热机和推进器。热机把燃油化学能量转换成机械能;推进器把机械能转换成推力。

涡喷和涡扇发动机,冲压发动机,火箭发动机的原理是高速喷气,利用排出燃气的动量来获取推力。所以这些发动机既是热机也是推进器。硬要分开的话,喷管收敛喉道截面以前的部分是热机,喷管收敛段+扩张段是推进器。(可见喷管多重要)

对于涡轴涡桨活塞发动机,蒸汽轮机,蒸汽机这些发动机,输出的是轴上的轴功率,螺旋桨和旋翼才是把轴功率转换成推力(对旋翼是升力)的东西。推进器和热机分的很清楚。

对固定翼飞机来说,需要的是推力,推力可以平衡阻力。可是对螺旋桨飞机来说,推力跟发动机说不着,螺旋桨不是发动机的一部分。在同一个飞行状态下,换一个桨就有不同的推力。发动机输出来的就是一定转速下的扭矩,那不就是功率么。

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