航天发动机和航空发动机推力来源

原帖由 smile123 于 2008-10-25 00:17 发表

                               
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What I said is for jet engine, what you said is for rocket engine.  BIG difference here. And mine is right while yours are very problematic



I agree with your previous post, so no more 批阅::07082 ...

为了让你仔细看看，我把我原来的话拷贝过来。

我猜测，火箭在大气中的时候，后喷气流能“蹬住”后面的空气，所以获得的推力也要大些。没有大气以后就只能靠动量守恒了，推力就变小了。虽然在大气中有空气阻力抵消一部分推力，但是净剩值还是正的。

同样道理，有后坐力炮比无后坐力炮的效率也高些，因为它能蹬住后面的东西。

我强调了火箭在大气中的时候。我认为，火箭在大气中飞行的时候，能够蹬住后面的空气，这跟涡轮发动机不是一样的道理吗？我是在别人发言的基础上，进一步指出火箭在大气中的推力相当于涡轮方动机的推力，只是到了真空中才出现差别。你不认为我的意思跟你的意思相同？

我对涡轮发动机知之甚少。通过这次讨论，隐约感到，飞机的推力取决于发动机扇叶前后压力之差，因此，扇叶既有发动机功能，又有螺旋桨功能。从这个意义上说，涡轮发动机与火箭发动机有着巨大的差别。如果我的这些看法是对的，这个帖子可不白参与。

愚石兄，我想根据动量守恒，不论在中间过程的相互作用力如何，参与的所有物体的总动量前后是不变的。在我们所说的情况之下，参与的物体包括通过发动机的气流（暂时忽略油料），飞机。在气流接触飞机前的瞬间的速度（进气速度），和气流脱离飞机后的瞬间的速度（尾气速度）是相同的，那么通过发动机的气流前后动量没有变化，飞机的动量也不应该有变化。气流加热后是膨胀了，但是进入喷嘴后气流速度是不断降低的，离开喷嘴的速度可能降到进气速度的。而且膨胀后被加速的气流，其方向并不是一致向后的，也有向前的，不过由于燃烧室，喷嘴的构造，气流对机身合力是向前的。这样的合力是可以被冲压阻力抵消的。

以上是个人的简单理解，很多细节都忽略掉了，有错的话欢迎大家指出。

[ 本帖最后由 deepgreen 于 2008-10-25 13:07 编辑 ]

原帖由 deepgreen 于 2008-10-25 12:46 发表

                               
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愚石兄，我想根据动量守恒，不论在中间过程的相互作用力如何，参与的所有物体的总动量前后是不变的。在我们所说的情况之下，参与的物体包括通过发动机的气流（暂时忽略油料），飞机。在气流接触飞机前的瞬间的速度（进气速度），和气流脱 ...

我又想了想，还想不太清楚。也不清楚喷气发动机的构造。先假设进气口和喷气口的截面积相等，那就不可能出现 进气速度=飞机速度=喷气速度 这种情况，除非停止燃烧。首先，进气速度不可能等于喷气速度。但是，可以认为进气（冲压）速度等于飞机速度，那么飞机速度与喷气速度就不可能相等了。是否这个差值就是火箭反冲效应造成的，我还不太清楚。

乍一看喷气速度总是有限的，飞机不断加速，总能让飞机速度接近喷气速度。但是这里忽视了一点，在飞机加速后，进气速度也会增加，所以喷气速度又要增加。这就不会出现三个速度都相等的状态了。

[ 本帖最后由 愚石 于 2008-10-25 14:24 编辑 ]

不懂这门，等待答案，增加知识。

原帖由 愚石 于 2008-10-25 14:15 发表

                               
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我又想了想，还想不太清楚。也不清楚喷气发动机的构造。先假设进气口和喷气口的截面积相等，那就不可能出现 进气速度=飞机速度=喷气速度 这种情况，除非停止燃烧。首先，进气速度不可能等于喷气速度。但是，可以认为进气（冲压 ...

愚石兄，有几点不能忽视，发动机单位时间内容许的进气量是有限的，充分燃烧也需要时间；速度很高的情况下，前方阻力会增大很多，发动机的化学能-热能转换效率也会下降，尾气速度不可能无限增长。更具体的我也不太清楚，但是很多物理限制不能忽视，否则永动机也很容易就造出来了。49#千手观音兄的解释觉得挺详细的。

[ 本帖最后由 deepgreen 于 2008-10-25 15:31 编辑 ]

人家是 “千眼”观音！

原帖由 deepgreen 于 2008-10-25 14:42 发表

                               
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愚石兄，有几点不能忽视，发动机单位时间内容许的进气量是有限的，充分燃烧也需要时间；速度很高的情况下，前方阻力会增大很多，发动机的化学能-热能转换效率也会下降，尾气速度不可能无限增长。更具体的我也不太清楚，但是很多物 ...

要是考虑这些方面，那问题就很多了，讨论不清了。我只是关心两种发动机在推进原理方面的差别。其它方面的考虑，还是听别人的介绍吧，我毫无发言权。

愚石兄，能否把你的观点和疑问再集中整理和具体化一下，这样大家比较好回答。

多谢boomerang兄指出错误，声明一下，千眼观音兄不是千手观音，是我顺手打错了。

原帖由 deepgreen 于 2008-10-25 18:23 发表

                               
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愚石兄，能否把你的观点和疑问再集中整理和具体化一下，这样大家比较好回答。
...

我的看法是，在原理方面，两者具有很大的差别：
1、火箭在真空里边飞行，推力完全用动量守恒确定。
2、涡轮发动机除了利用动量守恒，还借助于后面空气的帮助，喷流推到后面的空气，或产生一个静压力，这个压力会反向传递到发动机的扇叶上形成推力。

当火箭发动机在大气中飞行期间，也有与航空发动机相似的推力存在。

另外的讨论问题是 飞机速度、进气速度和喷流速度 这三个速度的关系。我的观点是，只要有燃烧这三个速度就不会相等，在这一点上和你的观点有所不同。

大致就是这些。没有细想过，也许有错误。

原帖由 benlinliu 于 2008-10-26 22:53 发表

                               
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象撑船的竹槁那样?

不是这样的.气体从喷口出去以后,就对于发动机没有什么作用了.

两者重要差别在于,飞机的喷气发动机气体取之于环境,古构成飞机的负载,实际上发动机从大气中取了比燃烧所需多了不少,用比较多的重量产生更多(在速度不很高的前提下)推力.

其实,这不能理解,动量正比与速度(MV),而能量正比于速度的平方(1/2 MV2),温度正比于能量(波尔滋曼公式),降温到到原来温度的50%.质量增加一倍.而速度只下降到原来的70%,于是推动力(冲量)增加到原来的141%(根号2倍).

火箭是不能这样做的,因为,氧化剂也是自身携带的.

我有个疑问想请教一下:
飞机的喷气发动机从大气中取的空气超过燃烧反应所需的量，使得推力增加了。但根据能量守恒定律，推力增加，最终所做的有效功也增加了。但燃料的消耗量是没有增加的。
这增加的有效功是哪来的？
或许发动机的设计原理中就考虑了如何提高燃料燃烧做功的效率问题了。

[ 本帖最后由 浪淘沙 于 2008-10-27 08:16 编辑 ]

懒的写，特别是公式不好编辑，传一个周衍柏《理论力学教程》中的计算。

航空发动机（这里指燃气轮机）的基本形式是涡轮喷气发动机，其核心即业内所谓的核心机由进气口、压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室（可以没有）和尾喷口构成（或者核心机不包括进气口和尾喷口，时间长忘记了，现在旁边没教材懒的去查了），如图所示。

其工作过程为：空气由进气口进入发动机，经进气口整流，进入压气机，顾名思义，压气机的作用是提高空气压力（航空界的压力一般指压强），之后高压空气进入燃烧室，并在燃烧室喷油燃烧，形成高温燃气，进入涡轮推动涡轮做功，涡轮向压气机及发动机的其他部件提供动力，带加力的发动机燃气从涡轮出去后进入加力燃烧室，再次喷油燃烧，消耗前面未用完的氧气，提高推力，然后进入尾喷口，之前会进行整流，燃气以一定的方式从尾喷口排出，具体决定于尾喷口的形状。

因此，航空发动机中，空气及燃气是始终与外界联通的，因此它不能当作发动机的一部分处理，应用流体力学及其他概念对其每一部分进行计算（将进气口、压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室和尾喷口分开计算，每部分内部的空气或燃气作为一个研究对象），会发现空气和器壁有相互作用力，航空界称此力为气体力，每部分的气体力可能是向前的，也可能是向后的，但其合力肯定是向前的，这便是航空发动机的推力。



发完了才发现这个图上没有进气口和尾喷口，图上写尾喷管的那个地方实际上是尾喷管前的整流器。

[ 本帖最后由 positron 于 2008-10-27 09:03 编辑 ]

没想到这个帖子会这么热，本打算给一周时间，现在只能提前了。特别是，引出这么多高手，早知道就不班门弄斧了。

现在我1L给出的错在哪边已经很明显了。通俗的讲，火箭喷出的东西是自己的，动量守恒自然起着主要作用；但航空发动机喷出的东西绝大部分是空气，不是自己的，喷出气体由自带的燃油转化而成的部分只占极小的一部分，用动量守恒根本不足以产生那么大的推力。至于更多的细节，我就不班门弄斧了（虽说貌似已经弄过了 ）。

所以说，任何问题都不能想当然。当然，在科研中，猜是需要的，但猜不是科研的主要途径。同样，单纯的看书也不是，书中因为这样那样的原因总会有些错误，正确的做法是弄清楚书中的逻辑过程，弄清楚书中每一个概念的来龙去脉，或者说是重新推导书中的所有东西，做到了这一点，才算是弄懂了，才是真正的学习。

[ 本帖最后由 positron 于 2008-10-27 09:57 编辑 ]

ye ! 不挨敲还赚了10块钱
用大概20千克航空杂志终于收回一点投资了。其实也没吹嘘的那么聪明，只是旧的杂志知识介绍比较勤奋比较深，见鬼太多人会飘，学到点思考的方法了。
厄，貌似灌水，溜

原帖由 positron 于 2008-10-27 09:00 发表

                               
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没想到这个帖子会这么热，本打算给一周时间，现在只能提前了。特别是，引出这么多高手，早知道就不班门弄斧了。

现在我1L给出的错在哪边已经很明显了。通俗的讲，火箭喷出的东西是自己的，动量守恒自然起着主要作用；但航空发 ...

呵呵，不好意思，看了许久，问个问题。
如果做个头脑实验：
前提：
1. 把航空发动机做的足够小（其实大点没关系，只是小点好想象），放在一个象个苍蝇那么大的小飞机上。
2. 就在一个空房间里飞。
3. 飞之前空房间里的空气相对静止（就是没有风，别告诉我空气分子都在做热运动，现在讨论宏观的问题）

考虑整个体系是包括空房间内空气、苍蝇那么大的飞机，
飞机为什么前进？因为空房间里的空气后退了。空气获得的向后的动量和飞机获得向前的动量 之和一定还是要等于0嘛。
当然就不考虑空房间里的空气再作用于空房间，然后再由空房间的地基作用于地球的过程了。

没明白。LZ说这个过程和火箭发动机有什么不同，就算是燃气和空气联通，只要把空气也做为系统的一部分考虑进来
一样可以用动量来解释这个问题。只是计算动量的方式不一样。火箭的好算，飞机的难算。本质就是一样的呀？


另外：说说愚石的说法。
一样做头脑实验：
把航空发动机变成航天发动机，把苍蝇大小的飞机变成苍蝇大小的火箭。
他的想法是要“蹬一下空气”
考虑两种终态。
1. 假设空气和燃气之间的摩擦系数等于0（相对应“没蹬着空气”）.
2. 假设空气和燃气之间的摩擦系数不等于0（相对应“蹬着空气”）

无论上面那种情况。系统向后的总动量是一样的。只不过是燃气多点还是空气多点而已。
所以火箭向前的动量也是一样的。
不会有，在空气中就能推力大点。在真空中就会推力小点的问题。

不知道各位大虾怎么看待我的观点。

[ 本帖最后由 JoshuaShaw 于 2008-11-20 18:14 编辑 ]

LS第二个实验如果用整个系统动量守恒解释的话，也要把空气也做为系统的一部分考虑进来呀。

比如（考虑净推力情形）火箭在空气中的话，燃气喷出来，会和外面空气接触相互作用，某些空气从静止变为有了向后的动量，所以火箭向前的动量也会多一些，推力会大一些吧。

[ 本帖最后由 deepgreen 于 2008-11-20 19:25 编辑 ]