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喷气式飞机的原理、历史以及发动机使用的燃料截止阀

发布时间:2019-08-24 16:12:49 来源:阪村机械网

2018-04-13 15:36:23来源:贤集网 周莹

你知道世界上第一架喷气式飞机是什么时候发明的吗?它们为什么能飞那么快?如果要详细地介绍,估计得让飞机工程师来说了。我们知道,喷气式飞机是一种使用喷气式发动机为推进力的飞机,现在有很多大型的客机都是喷气式飞机。而它所使用的喷气发动机是靠燃料燃烧时候,产生的气体向后告诉喷射的反冲作用使得飞机向前飞机的,因此飞机能获得更大的推力,飞得更快!你知道,现在的喷气式飞机能飞多快吗?75%~85%音速飞行,相当于0.75~0.85马赫,要知道,在标准大气压条件下,音速约为340米/秒,或者说1224公里/小时。你能明白喷气式飞机飞得有多快了吧!下面贤集网的小编就来为大家介绍一下喷气式飞机的原理、历史以及发动机使用的燃料。

喷气式飞机的原理

喷气式发动机一共有五个主要部件,从前之后分别是:(整流锥)进气道,压缩机,燃烧室,燃气涡轮,尾喷管。

整流锥主要是用来整流,对发动机前方紊乱的气体进行整流,另外当飞机飞行速度达到所在区域的音速时可以防止激波阻力。

进气道导通整流后的气体进入压缩机。

压缩机由静子叶片和转子叶片构成,静子叶片与转子叶片一圈一圈交错排布,叶片通过收敛扩张控制气流的速度从而达到对气体压缩的效果。

经过压缩的气体高速流入燃烧室,现在的燃烧室一般都是环式的,由多个点火嘴和两个喷油嘴组成,喷油嘴把航空煤油雾化喷出,多个点火嘴点火保证油气混合气燃烧均匀充分。

经过燃烧后的气体达到高温高压,冲击燃气涡轮,带动涡轮转动,由于涡轮轴与压气机轴为同轴,涡轮又带动压气机转动,所以燃气涡轮是带动发动机继续工作的一个部件,简单来说就是拥有续航能力的部件。

最后要说的就是尾喷管了,尾喷管一般是可收敛式,因为喷口收敛可以增加排气速度,增大推力,现在还有一种尾喷管是收敛-扩张式,这个主要用于超音速飞机,因为气体达到音速后越压缩速度越小,所以在收敛到顶的时候气体正好达到音速,此时才用扩张式尾喷管可以继续增大气流速度。

喷气式飞机的历史

1939年8月27日,世界上第一架喷气式飞机上天。

世界上第一架喷气式飞机是德国的He-178。1939年8月27日,世界上第一架喷气式飞机飞上了天空。这架飞机是德国制造的。喷气式飞机(Jet Aircraft)是一种使用喷气发动机作为推进力来源的飞机。喷气式飞机所使用的喷气发动机靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射的反冲作用使飞机向前飞行,它可使飞机获得更大的推力,飞得更快。

这种原理在我国古代就曾为人们所利用:宋朝发明的带火药的火箭,就是运用这种原理。火箭上有个纸筒,里面装满火药。火药燃烧的时候,产生一股强烈的气流从尾部喷射出去,利用喷射气流的反作用力,火箭就能飞快地前进。

20世纪初,俄国的科学家齐奥尔科夫斯基1903年出版的《利用喷气工具研究宇宙空间》一书,阐明了火箭飞行理论,论述了将火箭用于星际交通的可能性,提出了液体燃料火箭的思想和原理图,并完成了世界上第一架喷气发动机的计算。这些,为制造喷气式飞机提供了理论依据。

随后的20世纪30年代,英国人惠特尔和德国人欧海因各自在同一时期完成了喷气发动机的发明。1936年4月15日,欧海因与亨克尔飞机公司签订了研制喷气发动机的合同。在随后的三年时间里,欧海因最终完成了喷气式发动机,定名为HeS3。1942年7月18日,大战中最成功的实战型喷气战斗机Me262问世了。

当时的中国空军是一支年轻的空中力量。在解放战争时期东北老航校开始,这些从陆军各部队赶来的年轻人通过缴获和收集的二战老飞机走上了蓝天之路。此时,世界各大军事强国的空中力量建设已经几十年了,而且经历了两次大战的洗礼,可谓身经百战。

中国空军又是一支现代化的空中力量。虽然没有老牌空中强国的底蕴,但是中国空军从成立之初就赶上了一个非常难得的战略机遇期。此时,正是世界各国空军战斗机从螺旋桨发动机向喷气式发动机转变的过程,对于桀骜难驯的早期喷气式飞机来说,老牌飞行员和年轻飞行员其实面临的是同样的问题,中国空军也在苏联的帮助下开始了一支喷气式空军的建设,瞬间缩短了中外之间的差距,实现了战略发展的“弯道超车”。

人们熟悉的抗美援朝战争的米格走廊,就是中苏空军驾驶米格-15战斗机打出的威名。

那么中国空军第一种喷气式战斗机是著名的米格-15战斗机吗?答案是否定的。

在北京航空航天大学中有着这样的一架外形奇怪的喷气式战斗机,小巧的机身,平直的机翼,机头短小的发动机舱,腹部向下的尾喷口,还有进气道上那门粗壮的37毫米大机炮,这就是有“大炮小鸟”之称的米格-9战斗机,是米格-15战斗机的前一代。

米格-9战斗机是苏联第一代实用型的喷气战斗机。

1945年2月,苏联为尽快设计喷气式战斗机,利用缴获的德国喷气式发动机,开始了自己的喷气式战斗机方案研制。

本来苏联希望能够直接仿制德国的Me-262和He-162喷气式战斗机,但是由于自身工业能力和设计水平的问题,难以复制这两款经典飞机。同时,在与德军喷气式战斗机的对抗中,苏联空军也发现了机翼下安装双引擎的Me-262过于笨重,并不适用于格斗作战。因此,最终决定自己重起炉灶。

米高扬设计局的想法是在前机身内并列放置两台喷气发动机。三门机炮及弹鼓放在一个盒子里,装在机首下部,用四条小链子吊住四个角,机头中部装四个轴承,这个方案在1945年秋被批准,到1946年3月原型机已经制造完。1946年10月13日首次试飞成功。

到1946年10月28日,新米格战斗机的试飞全部完成。这就是苏联第一代喷气式战斗机之一的米格-9。

早期的米格-9战斗机最大的特点是机头上的那三门巨大的机炮。二战中苏联战斗机以火力贫弱著称,只拥有几挺机枪,和德国空军的战斗机或俯冲轰炸机对战还算可以,但是打击大型空中目标就力不从心了。

看到美国重型轰炸机对德国、日本的战略大轰炸,也关注了德日两国的截击机发展,苏联人认识到,要打下美国的轰炸机,必须得上机炮。

于是,米高扬直接将一门37毫米机炮和两门23毫米机炮给搬上了飞机。装上飞机也就装上飞机吧!哪想到米格-9飞机机头空间有限,又有个大进气道,这样这三门呈品字型布置的大机炮就把长长的炮管给伸出了机头。

而由于首次设计喷气式飞机,米高扬也没有经验。在台架试验时,进气道中央的那门37毫米大机炮射击非常正常。但是等真正飞上天空了,这门机炮一开火就发现出事了。机炮开火的气体很快被吸入身后的发动机,造成发动机进气不正常。

按照苏联飞行员的传教,在不到万不得已的情况下,千万别让37毫米机炮开火。用现代时髦的话说,就是“自己喷的二手烟,跪着也要吸完!”

不过,急于拥有喷气式战斗机的苏联空军还是接收了这样一种战斗机,并要求米高扬设计局在研制下一代米格-15的同时,赶紧对米格-9也进行改装。比如将37毫米机炮移开位置,甚至最后取消了这门炮,而改为4门内置式机炮,以解决发动机进气的问题。

另外,米高扬设计局还在米格-9战斗机上进行了加装增压座舱、增加减速板、使用弹射座椅等创新试验。

总的来说,米格-9战斗机是米格设计局进入喷气时代第一个较成功的尝试,为下一步的设计更好的喷气式战斗机奠定了坚实的基础。

苏联当时陆陆续续生产了各种型号的米格-9战斗机1000架,1952年全部退役。

1950年秋,中国空军向苏联进口米格-9(H-301)型战斗机369架。此时,苏联已经拥有了米格-15战斗机,因此对这些并不顺手已经快要淘汰的米格-9战斗机就想着快点处理掉。

当时中国向苏联购买6个师的喷气式战斗机,苏联认为米格-9对于中国来说已经足够了,就将米格-9交给了中国。1950年11月~12月,6个空军战斗机师在中国成立。每个师有两团,每个团有31架米格-9战斗机,主要承担当时的要地防空和飞行训练任务,让中国飞行员尽快熟悉喷气式飞机的操作。

这些战斗机是苏联空军师整建制移交的。其中,苏军第17近卫战斗机师被部署在沈阳、第20战斗机师被部署唐山、第65战斗机师被部署在广州、第144战斗机师被部署在上海、第309、328战斗机师被部署在公主岭以保护北京。

抗美援朝战争打响后,斯大林也认识到了这个问题。1951年5月22日和26日,斯大林两次致电中国表达歉意,指出:“由于过去苏联没能向中国提供更多的米格-15飞机,并估计米格-9飞机能敌得过美国最好的喷气式战斗机,如今看来这是一个错误,这一错误的责任应由苏联来负。”

作为纠正这一错误的行动,苏联向中国无偿提供6个师的372架米格-15战斗机(只收运输费),用以改装6个米格-9战斗机师。而之前中国为购买米格-9战斗机的费用苏联已经收了,所以这笔购机款等于说是买了一批米格-9,又买了一批米格-15。所以,既有说法说是米格-9算苏联白送的,也有说是米格-15是苏联白送的,两种说法都是正确的。

其实,上海的首批4架乌雅克-17喷气式飞机,比11月份再到的米格-9战斗机早了一个月,成为中国空军名副其实的第一种喷气式飞机,也是中国空军走向强大的奠基石!

喷气式飞机发动机使用的燃料

喷气式飞机飞行速度快、续航里程远,这就要求燃料有较高的发热值和较大的密度。同时,喷气式飞机的飞行高度在一万米以上,这时高空气温低达-55℃~60℃,这就要求燃料此时不能凝固。所以,喷气发动机使用的主要是石油烃燃料,它根据沸点的不同分为三类:宽馏分型(沸点范围60℃~280℃),煤油型(沸点范围150℃~280℃),重馏分型(沸点范围190℃~315℃)。通常使用的是航空煤油。

航空煤油密度适宜,热值高,燃烧性能好,能迅速、稳定、连续、完全燃烧,且燃烧区域小,积炭量很少,不易结焦;低温流动性好,能满足寒冷低温地区和高空飞行对油品流动性的要求;热安定性和抗氧化安定性好;洁净度高,对机械腐蚀小。航空煤油适用于燃气涡轮发动机和冲压发动机使用,用于超音速飞行器没有低饱和蒸气压与良好的热安定性。此外,因为煤油不易蒸发、燃点较高,燃气涡轮发动机起动时多用汽油,航空燃油中也加有多种添加剂,以改善燃油的某些使用性能。

航空煤油多采用一次通过部分转化的工艺,加工过程中采用共凝胶型催化剂,催化剂量装填多,分子筛含量少,芳烃饱和能力强,油品具有密度大、烟点高、热值高、芳烃低的特点。

除航空煤油外,各国还在研究合成烃燃料和其他高能燃料,但尚未获得广泛使用。

以上,就是贤集网小编为您介绍的喷气式飞机的原理、历史以及发动机使用的燃料。相信你已经知道,世界上第一架喷气式飞机是怎么来的了。在此之前,应该会有很多人都会有一个错觉,觉得飞机都是烧汽油的,但是我们的喷气式飞机偏偏不是,它是烧煤油的。也就是说,喷气式飞机是以煤油作为燃料的。因为喷气式飞机的发动机燃烧过程不是间断进行的,用煤油是为了防止“气塞”引发事故,此外煤油具有良好的润滑性,可以大大延长发动机的使用寿命。

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