第四章
飞行器的推进系统是飞行器最复杂的部件之一,但是蕴含在其中的推进原理与规律确并不是如此的复杂。对于一架飞行器来说,既需要动力来提供升力,又要克服空气所产生的阻力。而且当飞行器爬升或者需要转弯时都需要提供额外的动力来完成这些动作。在第一章我们了解到要想产生升力就需要对周围空气做功,同样的道理在这一章中,我们将会向您展示飞行器是如何利用推进系统来工作的。对于爬升和转弯时所需要的能量我们会在第六章讨论,这章我们主要讨论飞行器在正常飞行时,推进系统的工作状况,以及活塞式发动机和喷气式发动机产生必需动力的不同之处。一些不同或相似之处,一定会让你吃惊的。除了一些特例之外,尤其对于滑翔机来说最显著地感受到活塞发动机所产生飞行所需能量与喷气式的不同。这些发动机所产生的能量必须作用于周围环境之后,方能推动飞行器的飞行;并且这些系统都需要复杂的机构来实现。但是,我们并不需要一定要知道这些机构的细节设计才能明白发动机是如何工作来提供推力和“长”成现在这个模样的。
哎,又是牛顿定律
在第一章我们介绍了飞行器产生升力是靠的对机翼两侧的空气的分离来实现的,同样的道理,我们来讲解推进系统的工作规律(除了产生推力,还伴必须把空气往后退),就如家庭所使用的风扇一样的道理。更重要的是,像机翼,推进系统等,这些都是牛顿定律的应用体现。我们知道牛顿第三定律应用于任何作用,任何作用都有作用力和反作用力,在飞行器的推进系统中,作用力是空气或尾气产生的加速度,而反作用力即推力。我们还可以应用牛顿第二定律来解释,那就是推力的大小,正比于空气的运动加速度。
世界上所记录的小鸡的最长飞行时间是13秒,最长飞行距离是92米
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f推力
虽然不是传统飞行器的推进系统,但火箭发动机对于我们理解推力却是一个很好的例子。如图41所示是火箭发动机工作的例子。首先,染料和氧气被泵进燃烧室燃烧,瞬间产生大量高压气体,加速至发动机的“咽喉部位”,在此处气体速度马赫数为10,即等于声速。经过咽喉部位后,气体继续加速直至最后,以超音速排出,并伴随着产生极大的推力。火箭排出大量高速气体,这些气体究竟有多少那?我们可以由图42看出,这是阿波罗8号发射时的场面。
火箭所产生推力的过程,就如用步枪射击子弹后的过程类似。类似于牛顿第二定律,火箭所产生的推力,正比于所排出气体的加速度。因此,为了提升火箭的推力,可以从提升发动机的尾r