航天发动机和航空发动机推力来源

航空发动机和激光源有些相似....

楼主的老师有哗众取宠之嫌。
火箭与航空喷气发动机的推力来源都一样，都是通过以一定速度向一个方向排出一定质量的工质，从而获得指向相反方向的反作用力。
所不同的是工质的来源和工质加速的方式。

工质的来源：
火箭的工质是完全自带的，而航空发动机的工质大部份取自于空气；
对于早期的涡轮喷气发动机，基本上没有外涵，燃料燃烧的废气所占比例不低，还真有点火箭的味道；
对于现代的涡轮风扇发动机，特别是高涵道比和超涵道比的，工质中空气的比例才越来越大，味道也离火箭越来越远。

工质加速的方式：
火箭工质的加速纯粹就是燃烧完之后的一个热力学绝热膨胀；
涡轮喷气发动机工质的加速也是燃烧完之后的一个热力学绝热膨胀，只不过涡轮还要把一部份能量转化为机械能去驱动压气机，他的效率实际上要火箭低得多；
涡轮风扇发动机的工质就和火箭差得远了，基本上可以拿螺旋桨发动机来类比。

楼主让老师忽悠了！

老师说的结论是经过计算得出的，我本科时学过相关的计算，只是现在全还给老师了，无力在这里重复其过程了。

我说这个的目的也说的很清楚，没有认真学习过相关内容并且做了认真计算是没有资格对该内容做决定性评价的。相关内容前面说的很清楚，我不知道你有没有认真看贴。

原帖由 positron 于 2008-12-15 00:08 发表

                               
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老师说的结论是经过计算得出的，我本科时学过相关的计算，只是现在全还给老师了，无力在这里重复其过程了。

我说这个的目的也说的很清楚，没有认真学习过相关内容并且做了认真计算是没有资格对该内容做决定性评价的。相关内 ...

楼主不必过激。
没有人说你和你的老师算的不对。

我知道搞基础科学的和搞工程的不同。
搞工程的要面对很多复杂的情况，搞工程的算出来的结果没有搞基础科学的那么简单，这是事实。
我的不同意见只是，不应当那么轻率地否定基础学科的定律。

冲量的定理是Ft=Δmv，Ft是外力的作用。
动量守恒是Ft=0的时候，Σmv=0，研究的是孤立系统的表现。
......
不同情况下物理定律的表现是不同的。
火箭就不说了，你再去复核一下，一个涡扇发动机，除了涡轮消耗的能量以外，他排气（包括内、外涵）的Δmv和推力是怎么样的关系的。要达到同样的Δmv，如果用效率低一半的风扇，就算用两级风扇，看能不能发出同样的推力。

基础学科的定律不是那么容易否定的。
永动机就是一个很好的例子。
危险得很呢。

首先，我没有过激，只是陈述事实而已。
其次，我不明白，你既然说没有人说我的老师算的不对（实际上是北航、西工大、南航三校老师算的，我们那本教材是三校合编的），我相信这里的“没有人”包括你在内，那你怎么还说我的老师在忽悠人呢？这不是自相矛盾是什么？

你的问题，帖子里有答案（还是那句话，我不知道你有没有认真看帖），只是没有数据，我手头没有数据，现在也没时间去查。

很抱歉，我不清楚你的专业或专长，不知道你的言论依据什么。

可以详述下吗？

斑竹啊，浇花的水管掉在地上，上窜下跳的，这个力的来源是属于航空发动机还是航天发动机呢？我把这个帖子浏览了一遍还是没搞明白，请指点迷津吧。

基础学科，物理学。
所以我知道每一条物理定律都是经过几百年、无数的物理学家和工程学家，在错综复杂的工程学计算中精简出来并予以论证、验算的。
因此，如果你的老师们是通过这告诉你们要认真对待工程中的每一道运算，不要贪懒图简便的话，我觉得是非常有意义的。
但如果通过这教导学生们随便否定那些定律、定理的话，我就不敢恭维了。
如果之前用词不当还请海涵。

PS:火箭与航空发动机的最大区别在于：
火箭发动机的燃料不但燃烧做功，还兼任产生推力的工质；
航空发动机的燃料主要是燃烧做功，产生推力的工质取自大气；
航空发动机采用空气做推进工质越多，推进效率越高；最高的是螺桨式的，最低的是当年纳粹德国和美国搞研究用的火箭飞机。
但无论是那一种发动机，通过将工质加速向后排出而获取向前的推进力，这一力学基本原理是永远不变的！

还有就是航空发动机的氧化剂也是从空气中获取，这也是和火箭不同的。

[ 本帖最后由 SamuelHan 于 2008-12-15 21:35 编辑 ]

原帖由 haiping1976 于 2008-12-15 21:09 发表

                               
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斑竹啊，浇花的水管掉在地上，上窜下跳的，这个力的来源是属于航空发动机还是航天发动机呢？我把这个帖子浏览了一遍还是没搞明白，请指点迷津吧。 ...

晕了?
    水管容易解释点。
    管子里有液体，液压大过外面的气压，就有压差了。
    水过来的一端拼命往里灌，入口水压比管子里面水压还大，就会从阻力最小的出口挤出来。
    如果管子非常直，因为液体压强在任何方向上都一样大，那么管子受到的水压有效合力就只垂直于轴线，对管子截面内壁施加向外的压力，而且对这个截面中任何方向的压力都一样大（不考虑重力的影响时），闭合的截面边界就让试图往某个横向的方向推动管子的作用相互抵消，不会横移。
    平行于轴线的水压分力没有作用在管壁上，管子不受影响。
    但是一般的柔性水管容易弯曲，从沿着出口处的轴线望进去，经常有某段的管壁因为不和轴线保持平行，相当于形成了一个开放系统的缺口的对面，这里受到轴向的水压分力左右，往后面推，对面却是空洞，两者的水压合力就不能抵消了，这段管子就被向后推动。

    好玩的事情就来了，这个弯曲段被推动，它却跟前后段的管子连接，就会拖动前段发生后移，同时推动后段后移。前段不过是被拖，影响是拉扯尾巴，趋向伸指，不容易弯曲。
    后段却还连接后后段、后后后段、、、、等等，通过跟地面的摩擦互相传递推力和支撑，而且任何一段都受到偏后所有段的抵抗，当然就会让越偏前的段受到越大的阻力了，一个人推不过一串人就是这个原理。
    这样一来，很长管子的时候最前面几段就无法推动后面的部分了，就被夹在前后段之间受力。本来这几段就是弯曲的，前面却轻松被拖动，不能当作拉扯的救命稻草，夹着的几段肯定趋向被压得更弯曲。
    越弯曲不抵消的水压分力就越大，推得更猛，后果就是越来越弯了。

    更好玩的事情就跟着出来了，夹在中间的几段弯得出口段轴线大概摆到垂直角度的时候，不抵消的水压分力就会大概指向对面，弯曲段就往这方向后退，牵扯后段一起走，这条蛇就甩脖横摆过去，从相反方向推，夹着的几段受推力和相互拉力影响只好再弯曲扭回来躲，由把蛇头甩回来，于是不停弯曲躲藏的几段就在前段推力作用下带动附近各段，不停地左右扭甩。
    水压足够大或者管子柔性偏大的时候，每次扭甩的力量很大，巨大的动量不能很快被摩擦和柔性变形阻尼耗掉，可以让出口段轴线摆到几乎完全反向才靠水压分力阻止和逆转，这条水蛇就狂暴地大角度不停扭甩 ，前后每个方向都喷起来 ，抓都难抓住，场面确实蛮恐怖的，号称狂蟒之灾 。特别是果然象大蟒蛇的消防水带的脱手，那么高的水压，用几个人掐住头还反冲得踉跄后退，没有固定时扭甩打击力强到足够把人打个半死 ，所以果然抓不住不幸脱手的话，只有一个字要牢牢记住——跑!

恩，忘记问题了，因为最后边有个往里灌水的的东西，水不断地进来，那管子比较象航空喷气发动机，被有效推的地方就是灌水的家伙，但是管子不直的话就哪种发动机都不象了，象水蛇


还有一种工业蟒蛇，蒸汽锅炉的高压蒸汽输送管道，看着强固无比，但是太长了，跟玻璃纤维一样也会表现很好的柔性。如果设计不合理，管子里不断冷凝形成的液态水很可能积聚过多，会在某些管段形成完全堵塞的水柱，就是栓塞了，这个东西才叫可怕，水的振荡和蒸汽的高速冲击互相激励，管子趋向共振，弹性扭曲，越扭曲局部汽水压力的不抵消分力推动越强烈，名称忘记了，大概叫汽水互激或者什么的，一条超长超粗的钢铁巨蟒剧烈振荡扭动起来的时候，蚂蚁还脚软没动，六神早就跑掉鞋了，单单想象那个情景都比自来水管的最强烈气栓振荡刺激神经。所以蒸汽管道下接很多专门排放冷凝水的疏水阀不时斯斯作响，帮人缓气也。

[ 本帖最后由 千眼观音 于 2008-12-15 23:26 编辑 ]

千眼兄总是很能解释。

还有更重要的原因就是紊流，不光是水，每一种液体都有一个本身的雷诺系数，如果管短一点，在有限长的管内未形成紊流，这管子也甩不起来。

108# SamuelHan
物理学科班出身，那算是我的前辈了，失敬了。

我的老师，还有我，从没否认过基本物理定律，发动机的一切原理均是建立在物理学（热力学、流体力学等）基本理论的基础之上。

如果你认真看了贴，应该已经知道这一点。也会知道我所说的航天、航空发动机原理的不同之处具体为何，我想我不需要重复一遍了。

111# SamuelHan
紊流?
    不该是这个原因，柔性的长长水管可以懒洋洋躺在地上啊，流速足够大时材料和做工都一样的各段流动状态都能近似，怎么只有蛇头蛇脖子动而身体瘫痪呢，而且都是要固定头部来防止乱甩，却不见头老实而后面长长一条灌满水的身子乱扭甩的现象。
    再则液体也不是固定有个雷诺数的，该是超过一定的雷诺数的水平时，任何液体流动状态都会从层流转变为湍流，雷诺数是一种状态的参数，不是某个数值的雷诺数归特定的液体所有。而且雷诺数的大小不决定于流动路程的长短，不然在一定温度、粗糙度、倾斜度的地面倒水，开始慢慢地层流，流到很远处还是慢慢流却变湍流了，这不可能。该是决定与液体动力粘度、等效管径和平均流速，这些条件恒定时，靠流得远来变成湍流不能成功的。

113# 千眼观音
1. 是搞错了，应该是说每一确定的管子。
2. 软管的端口是自由端，而当中是非自由端。
3. 自来水龙头就是固定了龙头，但如果在一定的流动条件下，水管任何一对固定节点间的管子固有频率与湍流的扰动频率相合，就会吱吱地叫起来，振幅逐渐加大直到哐哐直叫甚至跳动起来，......
这可比那软皮蛇的扭动来的更猛烈的多。
4. 软管中间和端口相比不是自由端，但和固定的硬管相比，就相当的“自由”了，湍流的振动早在萌芽状态下被吸收了。

113# 千眼观音
至于地面上的流水，就看“奔腾”的长江、黄河就知道了。
动手试验，把水顺地面猛裂泼出，看看水头就知道了，当然不要希望这个水头能让大地球跳起来。

114# SamuelHan
是说共振么? 应该也有些问题吧，试一下真实的水管扭甩情况看看会更清楚，看看故意外加干扰，让每个局部进入共振状态，可以测出共振频率的。再看看固定头段和自由头端时自己扭甩情况，测算是多少频率的运动，以及观察判断是否属于共振行为。

说说我的理解，用高中的物理知识。

在这里我们假设火箭发动机的结构为一端开口的圆柱形（就是我们玩的窜天猴）。
火箭发动机的燃料一般是固体或液体，燃料燃烧后会变成气体排放出去，一定质量的物质由固态或液态变为气态时体积会膨胀，膨胀后会对燃烧室内壁造成压力，燃烧室内壁为圆柱面，那么作用在柱面上的压力将会互相抵消，但是作用在燃料燃烧面也就是圆柱底面的作用力无法完全抵消，因为另一个圆柱底面为气体排放口（没有排放口的是炸弹）。所以，这个压力就是火箭发动机动力的来源。同时，燃料燃烧面也给了气体一个与燃烧时圆柱底面压力反方向的作用力，这个力就是尾气喷射速度的来源。

航空发动机无论是涡喷，涡扇还是冲压，都有进气口和出气口，也就是一个两端开口的通道，那么它的推力是如何产生的呢？
空气由进气口进入然后被压缩（涡喷和涡扇），进入燃烧室后与燃料混合，燃料燃烧后从出气口排放出气体，但是排放气体的速度要远大于进入发动机气体的速度，由此产生推力。 这里有个问题，为什么燃烧后的气体不会从进气口排出呢？这是因为空气经过压缩后进入燃烧室时的压力要大于出气口端的外界压力。

1# positron
又来打扰楼主了。

其实这是一个天文论坛，我原是较乐于讨论天文问题的，尤其是宇宙大爆炸的问题，但这一贴是推力的问题，我看还是先完了这个问题再说。

就事论事，我这两天又把这一贴的一百多楼又重新复习了一遍，谈谈我的一些看法：
首先是楼主在起楼之初的标题和正文的起、承、转、合中的概念有点不是很清晰，我（也许包括个别参予讨论的同好）可能有点误解了。
比如，在标题您说的是推力来源，没有人有doubt，但其实我看这标题第一眼就有一个非常清晰的答案，就是来源一样的——燃料的燃烧，或者说是化学反应能！

但是，从正文的起首，就知道您要让大家注意一个问题，用过马路的术语来说就是要一慢二看三通过，对于论坛文化来讲就是要看清、想透再发言。
这一点我接受，今天就来补交功课了。

然而接下来的转折我就大大的不认可了。
火箭这个问题比较简单，就是自带的燃料和氧化剂燃烧后膨胀做功把废气加速向后排出获得推力，和基本物理定律没有什么差异。
致于什么变质量的主体就是一些细节上的问题了，而有些同好所说的蹬着什么和不蹬着什么的就不说了。
对火箭问题要澄清的观点就是，很多人以为真空中没什么可蹬，推力会小一点，或者气往下流动也有个什么附加力的，那是大错特错的。
火箭燃料燃烧后就是一个绝热膨胀做功把废气加速的过程，不是什么合力不合力的事。
关键是燃烧后压强与外界压强的差异，决定他推力的大小，在海平面的外界压强是一个大气压而在真空中外界的压强是零，因此火箭的真空推力是要比海平面的推力要大的。
也因此，那怕火箭飞到每秒七八十公里的速度而发动机喷流只有每秒四五公里的速度，只要这个压强差在存在，火箭就能一直加速下去。

还有就是航空发动机的事。
航空发动机不用自带氧化剂这个差异就不说了。
先说涡喷发动机（也不谈加力燃烧的事），从压气机到涡轮前，和活塞式发动机相比，是一个吸气、压缩、燃烧的过程，也就是一个能量输入的过程，从工程上讲就是一个尽可能提高涡轮前温度、提高燃烧效率、提高在此阶段获得能量输入的时机。
涡轮的作用仅仅是从这个能量中提取一部份去驱动压机，真正产生推力的和火箭一样，是由废气绝热膨胀加速向后排出获得的反冲力，涡轮前压强与外界压强差异是推力大小的关键。提高涡轮前温度是提高推力手段而已。
冲压式只不过是用气动元件把高速气体减速并加压，一方面增加压力，同时使压气机在亚音速状态下工作更有效而已。
这个涡喷绝对是依靠发动机尾喷口高速喷出的气体，根据动量守恒定律（或者说是动量定理），获得反作用力，从而获得推力的。
如何让涡轮在更少影响推力的情况下去驱动压气机，如何令喷气能量更少损失的情况下完成加压工作（包括更高的机械效率、冲—压原理等）就是工程上的事了。

再说涡扇，涡扇的的核心机（就是涡喷）就不说了。
这个扇，要考虑的只是，多耗用涡能量所减少的燃气冲量，是否能在这个风扇驱动的外涵道气流的冲量中得到补偿，所获得的附加推力是否能抵消燃气推力的损失和风扇迎风面带来的附加阻力。
说到底，他的推力也是燃气和外涵空气在发动机尾喷口高速喷出的气体，根据动量守恒定律（或者说是动量定理），获得反作用力，从而获得推力的。

涡桨就不浪费时间了，他（包括民用的超涵道比涡扇发动机）只是没有可视的喷口而已，说白了也是依靠喷出的气体，根据动量守恒定律（或者说是动量定理），获得反作用力，从而获得推力的。

综上所述，您和您的老师所说的“错”是不正确的，就算说“不完全对”也是有失公允的。
一个中学课本，你不可能让他把工程学上要面对的细节娓娓道来的，他只是要给小孩传授基础的知识，只要他不违背基本的原理就行了。

非常幸运的是，我中学就遇到一个很好的物理老师，他没有给我们讲火箭，也没有给我们讲航空发动机，他只给我们算了一个题目：
一个人（50公斤）以每秒十米的速度跳远（30度角起跳），在最高点向后抛了一个一公斤的球，问能不能跳得更远。
这让我们对这个理解的更好。
我觉得我遇到的这个中学物理老师比您遇到的研究生老师要好得多了。

在最高点时向后抛出一个球的话根据动量守恒定律，此人的水平分速度会增加，当然会跳得远些。

118# SamuelHan
表达不清，这一点我承认，语文没学好，没办法。另外，我说的推力来源只是考虑其动力学原理，其他同好从能量等角度给出了很多说明，这方面，本科时我那门课就没咋学，过而已，不敢说什么。

我所说的，本科学习时老师指出那个错误观点后，我和其他人同样，也是震惊，不敢相信，所以对此方面的计算比较认真，学到了这么一点东西，总算对得起4年的专业。

我想问的是SamuelHan同好，您看过该领域的专业教材吗？特别的，做过计算吗？
这是Wp13的部分参数，你可以算算，看能不能得到合理的结果。
(WP13) 技术数据：
全加力状态推力(daN)(下限值)：6277
中间状态推力(daN)(下限值)：3923
空气流量(kg/s)：66.0～67.0
最大直径(mm)：907
长度(mm)：4600
质量(kg)(交付状态上限值)：1235