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“飛機降落后發(fā)動機反推,為什么會有減速效果?”由牛頓定律可知,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,飛機減速正是受到了反向推力的作用,但這個過程并不違背能量守恒定律。
飛機
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“飛機降落后發(fā)動機反推,為什么會有減速效果?”由牛頓定律可知,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,飛機減速正是受到了反向推力的作用,但這個過程并不違背能量守恒定律。
飛機發(fā)動機普通固定翼飛機發(fā)動機通常有渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪風扇發(fā)動機這三種,一些小型飛機也會用到活塞式內(nèi)燃機,對于本題來說,我們不用討論。以上三種發(fā)動機其實有其內(nèi)在的聯(lián)系,下面我們簡單的說一下:
1、渦輪噴氣發(fā)動機
渦輪噴氣發(fā)動機常用于軍用飛機領(lǐng)域,比如超音速戰(zhàn)斗機與轟炸機等,這種發(fā)動機巧妙的避免了火箭發(fā)動機與沖壓發(fā)動機的一些缺點,首先來說,渦輪噴氣發(fā)動機和火箭類似,也是依靠噴氣來獲得推力,但其可以直接利用空氣中的氧氣來作為氧化劑,避免了火箭發(fā)動機攜帶氧化劑的問題,其次和沖壓發(fā)動機相比,渦輪噴氣發(fā)動機本身有壓縮機裝置,不需要像沖壓發(fā)動機那樣采用超高速來獲得壓氣效果。當渦輪噴氣發(fā)動機工作時,其發(fā)動機前部吸入空氣,空氣經(jīng)過壓氣機壓縮后,在燃燒室和燃料發(fā)生化學燃燒,由此產(chǎn)生的高壓氣體急速從后方噴管中噴出,在噴出的過程中,這些高速氣體還會帶動壓氣機與渦輪工作,從而實現(xiàn)整個發(fā)動機的工作循環(huán)。
2、渦輪風扇發(fā)動機
渦輪噴氣發(fā)動機雖然有許多優(yōu)點,但卻并不適合普通的民用航空,因為商業(yè)航空最看重的是經(jīng)濟性,這就要求民用航空飛機的發(fā)動機需要有較高的工作效率。研究發(fā)現(xiàn),如果增加壓氣機的增壓效果和提供渦輪前的燃氣溫度,就可以提高發(fā)動機的熱效率,但這會造成發(fā)動機的排氣速度增高,從而造成動能損失,為了平衡這個矛盾,需要對渦輪噴氣發(fā)動機進行“改造”,首先我們在渦輪噴氣發(fā)動機內(nèi)部再增加幾級渦輪,從燃燒室產(chǎn)生的高壓高速氣流在經(jīng)過渦輪使會減慢速度,而獲得動力的渦輪可以把動能傳遞到發(fā)動機前部,在這里我們可以再安裝幾組風扇,經(jīng)過這樣一頓“操作”,渦輪風扇發(fā)動機簡單來說就是渦輪噴氣發(fā)動機前部安裝了幾個大風扇,渦輪風扇發(fā)動機工作時,其前部風扇吸入的空氣,一部分會送入內(nèi)涵道,經(jīng)過壓氣機與燃燒室從而產(chǎn)生動力,另一部分空氣會從外涵道經(jīng)過,然后直接從發(fā)動機后方排出,這樣做既減緩了整個發(fā)動機的排氣速度,又提供了渦輪前溫度與壓氣機增壓比,豈不美哉。
3、渦輪螺旋槳發(fā)動機
簡單來說,渦輪螺旋槳發(fā)動機可以看做是去掉外涵道外殼的渦輪風扇發(fā)動機,同時用螺旋槳代替渦輪風扇發(fā)動機前部的風扇,其工作過程可以看做是渦輪噴氣發(fā)動機內(nèi)的渦輪直接帶動螺旋槳工作,從而產(chǎn)生推力,這個過程需要發(fā)動機把更多的動力傳遞到螺旋槳上,因此渦輪螺旋槳發(fā)動機的渦輪級數(shù)會更多,當發(fā)動機工作時由螺旋槳產(chǎn)生的推力可以占總推力的百分之95左右,而發(fā)動機噴口產(chǎn)生的推力只有百分之5左右。渦輪螺旋槳發(fā)動機擁有更高的工作效率。
由上述內(nèi)容可知,渦輪噴氣結(jié)構(gòu)可以看做是飛機發(fā)動機的“核心機”,也是飛機發(fā)動機的動力源。
反推我們知道飛機獲得的動力的過程就是將空氣向后“推”的過程,這個過程滿足牛頓第三定律,既作用力與反作用力的關(guān)系。反推之所以可以實現(xiàn)飛機的減速,就在于其改變了“噴氣”方向。
當飛機著陸時,為了實現(xiàn)盡快減速,可以改變發(fā)動機噴出氣流的方向,從而獲得反向推力,要實現(xiàn)這個功能,通常在發(fā)動機后方安裝反推器,當反推器開啟后,發(fā)動機后噴的氣流會“撞向”反推器,然后轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂邢蚯胺较蚍至康母咚贇怏w,從而使飛機獲得反向推力。
如下圖,渦輪風扇發(fā)動機開啟反推時,通常只改變外涵道氣流方向。
下圖是軍用飛機發(fā)動機開啟反推圖。
渦輪螺旋槳發(fā)動機通常利用“反槳”來實現(xiàn)輔助減速效果,
反推中的能量守恒先來看看題主的描述:
能量守恒,飛機發(fā)動機吸氣,通過后邊反推板實現(xiàn)反推。反推力應(yīng)該永遠不會大于飛機發(fā)動機的吸力,最多實現(xiàn)平衡。為什么會有減速效果?
其實從上文我們已經(jīng)知道,飛機的動力源自于將氣體向后推,在這個過程中,氣體在進入發(fā)動機后其實經(jīng)歷了“加速”過程,而且發(fā)動機吸入氣體與噴出氣體的總量是不同的,因為噴出的氣體包含了燃料燃燒產(chǎn)生的氣體。因此整個過程就是,發(fā)動機吸入空氣,然后和燃料混合燃燒,從而產(chǎn)生高溫高壓氣體,然后這部分氣體高速從發(fā)動機后方噴出,從而使發(fā)動機獲得推力,所以發(fā)動機噴出氣體的能量是大于吸入氣體的能量的。力是改變物體運動狀態(tài)的原因,發(fā)動機開啟反推后產(chǎn)生的后向推力使飛機產(chǎn)生后向的加速度,所以向前滑行的飛機會逐漸減速。
總結(jié)飛機發(fā)動機工作時需要消耗燃料,消耗的燃料產(chǎn)生的能量一部分用來維持發(fā)動機的運轉(zhuǎn),另一部分能量則直接為飛機產(chǎn)生推力,由于燃料能量的加入,所以發(fā)動機噴出氣體的能量是大于吸入氣體的能量的。
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