【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第八章熱機

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的。】

§8-9空氣噴氣發(fā)動機

【01】前面我們已經(jīng)學(xué)過兩大類型的發(fā)動機。第一類是用氣體膨脹推動活塞做功的蒸汽機和內(nèi)燃機，第二類是利用具有很大動能的氣體沖擊葉輪轉(zhuǎn)動的蒸汽輪機和燃氣輪機。雖然這兩類發(fā)動機都已經(jīng)被廣泛地使用在各種交通工具上，但是它們還遠遠不能滿足近代飛行速度和高度的要求。

【02】自從1882年世界上誕生了第一架飛機以來，科學(xué)家們就著手研究怎樣使飛機飛得更快和更高。如果使用活塞式內(nèi)燃機來帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動以推動飛機飛行，那么要飛行得快，就要使螺旋槳轉(zhuǎn)動得快。但是螺旋槳轉(zhuǎn)得越快，它所受到的阻力也就越大，因此它的效率就大大地減低，所以它的速度不能超過 211 米/秒。而且螺旋槳式飛機又只能在空氣中飛行，這就限制了它的飛行高度，直到噴氣式飛機發(fā)明以后才使飛機的速度有了巨大的躍進，而且遠遠地超過了 211 米/秒。目前飛機的速度不但已經(jīng)超過音速的兩三倍，而且還能沖出空氣層作宇宙飛行。

【03】噴氣式發(fā)動機和內(nèi)燃式發(fā)動機的作用原理是完全不同的。它的燃料在燃燒室內(nèi)燃燒后，產(chǎn)生高溫和高壓的氣體，這種氣體從尾部以極高的速度噴出，同時產(chǎn)生很大的反作用力推動機身向前運動（可以參見第一冊力學(xué)中的牛頓第三定律和動量守恒定律）。噴氣式發(fā)動機的作用是直接產(chǎn)生反沖推力，把燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿細獾膭幽芎惋w機前進的機械能，而不需要通過能量轉(zhuǎn)變的中間結(jié)構(gòu)——活塞、螺旋槳等等。這就減少了能量的損失，大大提高了飛機的飛行速度。

【04】噴氣式發(fā)動機又可以分為兩大類：一類是空氣噴氣發(fā)動機；另一類是火箭噴氣發(fā)動機，簡稱為火箭。

【05】空氣噴氣發(fā)動機本身只攜帶有燃料，它需要利用外界的空氣來幫助燃燒。因此它的飛行高度還是有一定的限度，并且不適宜于在空氣稀薄的高空飛行?；鸺龂姎獍l(fā)動機本身帶有燃料和氧化劑，不需要依靠外界空氣來幫助燃燒，因此飛行的高度不受限制，不僅可以在高空飛行，而且還可以飛出大氣層，成為星際航行的工具。

【06】下面我們就先來講空氣噴氣發(fā)動機。由于發(fā)動機的種類有很多，這里只介紹沖壓式和氣輪式兩種。

1、沖壓式噴氣發(fā)動機

【07】圖8·47是這種發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖，它好象一個圓筒，前面有進氣口，中間有燃燒室，燃燒室里也有噴霧器和火花塞，尾部有噴氣口。

【08】當(dāng)機身向前飛行時，空氣從進氣口進入燃燒室，由于通道的截面積比進口大，所以空氣速度降低，同時被壓縮而使壓強增大。飛機飛行的速度越大，氣體被壓縮得越厲害，它的壓強也就越大。在燃燒室里，噴霧器噴出霧狀的燃料，它和壓縮空氣混合后，被火花塞點火而燃燒成高壓和高溫的煙氣。煙氣以很大的速度從噴氣口沖出，產(chǎn)生極大的反沖推力使機身向前飛速地運動。這個過程不斷地進行下去，機身也就繼續(xù)向前運動了。

【09】沖壓式發(fā)動機適宜于高速飛行，并且能長時間地以比音速大好幾倍的速度飛行。超音速飛行時的效率可以達到 50% 左右，這是它的優(yōu)點。但缺點是在起飛時速度不大，而需要其他的輔助發(fā)動機來幫助它發(fā)動。

2、氣輪式噴氣發(fā)動機

【10】氣輪式噴氣發(fā)動機主要包括進氣口、壓氣機、燃燒室、輔助發(fā)動機、燃氣輪機和尾噴管等，如圖8·48所示。其中輔助發(fā)動機、壓氣機和燃氣輪機裝在同一根機軸上。在飛機中，空氣壓縮機常常采用軸向式的，它是由很多級定向葉輪和動葉輪組成的。當(dāng)機身在空氣中高速前進時，空氣從進氣口進入，于是速度減小，同時被初步壓縮。當(dāng)空氣進入壓氣機后，就進一步被壓縮，壓氣機每一級動葉輪都象螺旋槳一樣，能用很大的速度把進來的空氣一級一級地向后推去，這時壓強逐漸增加，最后甚至可以達 3 至 4 個大氣壓。

【11】被壓縮的空氣進入燃燒室后，和從噴霧器噴出的燃料混合，并由火花塞點火燃燒，這時溫度可以高達 1500°C，而所產(chǎn)生的大量氣體向后噴出，同時沖擊燃氣輪機的葉輪轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)速達到 15,000 轉(zhuǎn)/分左右。最后它又以極大的速度從尾部噴管噴出，其速度可以達到 500~600 米/秒，這就使機身得到巨大的反沖推力而向前飛行。

【12】在剛起飛時，壓氣機由輔助發(fā)動機帶動，等到葉輪旋轉(zhuǎn)到一定的速度以后，輔助發(fā)動機就停止工作，改由燃氣輪機帶動壓氣機運轉(zhuǎn)。

【13】目前一般接近于音速的飛機，大多采用這種發(fā)動機作為動力裝置。在大型噴氣式客機上常常裝有兩臺強有力的氣輪式噴氣發(fā)動機，結(jié)果飛行速度可以達到 300 米/秒，飛行高度可以達到 10 公里以上。

3、氣輪螺旋槳式噴氣發(fā)動機

【14】在航空工程中得到普遍應(yīng)用的除了上述兩種噴氣發(fā)動機外，還有氣輪螺旋槳式噴氣發(fā)動機（圖8·49）。它是在飛機前面氣輪的軸上再裝上螺旋槳（由于螺旋槳不能和機軸同速轉(zhuǎn)動，所以螺旋槳和軸之間裝有減速裝置）。由燃燒室產(chǎn)生的氣體沖擊葉輪時，把大部分能量傳給了輪機，但是這些能量往往超過壓縮機所需要的能量，因此多余的能量就用來帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生牽引力。同時由尾部噴出氣體，也產(chǎn)生了反沖推力。所以具有這種發(fā)動機的飛機起飛容易，功率很大，燃料消耗低，續(xù)航力強，飛得遠，載得多，并且還可以作低速飛行。