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“飞机降落后发动机反推,为什么会有减速效果?”由牛顿定律可知,力是改变物体运动状态的原因,飞机减速正是受到了反向推力的作用,但这个过程并不违背能量守恒定律。
飞机
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“飞机降落后发动机反推,为什么会有减速效果?”由牛顿定律可知,力是改变物体运动状态的原因,飞机减速正是受到了反向推力的作用,但这个过程并不违背能量守恒定律。
飞机发动机普通固定翼飞机发动机通常有涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机这三种,一些小型飞机也会用到活塞式内燃机,对于本题来说,我们不用讨论。以上三种发动机其实有其内在的联系,下面我们简单的说一下:
1、涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机常用于军用飞机领域,比如超音速战斗机与轰炸机等,这种发动机巧妙的避免了火箭发动机与冲压发动机的一些缺点,首先来说,涡轮喷气发动机和火箭类似,也是依靠喷气来获得推力,但其可以直接利用空气中的氧气来作为氧化剂,避免了火箭发动机携带氧化剂的问题,其次和冲压发动机相比,涡轮喷气发动机本身有压缩机装置,不需要像冲压发动机那样采用超高速来获得压气效果。当涡轮喷气发动机工作时,其发动机前部吸入空气,空气经过压气机压缩后,在燃烧室和燃料发生化学燃烧,由此产生的高压气体急速从后方喷管中喷出,在喷出的过程中,这些高速气体还会带动压气机与涡轮工作,从而实现整个发动机的工作循环。
2、涡轮风扇发动机
涡轮喷气发动机虽然有许多优点,但却并不适合普通的民用航空,因为商业航空最看重的是经济性,这就要求民用航空飞机的发动机需要有较高的工作效率。研究发现,如果增加压气机的增压效果和提供涡轮前的燃气温度,就可以提高发动机的热效率,但这会造成发动机的排气速度增高,从而造成动能损失,为了平衡这个矛盾,需要对涡轮喷气发动机进行“改造”,首先我们在涡轮喷气发动机内部再增加几级涡轮,从燃烧室产生的高压高速气流在经过涡轮使会减慢速度,而获得动力的涡轮可以把动能传递到发动机前部,在这里我们可以再安装几组风扇,经过这样一顿“操作”,涡轮风扇发动机简单来说就是涡轮喷气发动机前部安装了几个大风扇,涡轮风扇发动机工作时,其前部风扇吸入的空气,一部分会送入内涵道,经过压气机与燃烧室从而产生动力,另一部分空气会从外涵道经过,然后直接从发动机后方排出,这样做既减缓了整个发动机的排气速度,又提供了涡轮前温度与压气机增压比,岂不美哉。
3、涡轮螺旋桨发动机
简单来说,涡轮螺旋桨发动机可以看做是去掉外涵道外壳的涡轮风扇发动机,同时用螺旋桨代替涡轮风扇发动机前部的风扇,其工作过程可以看做是涡轮喷气发动机内的涡轮直接带动螺旋桨工作,从而产生推力,这个过程需要发动机把更多的动力传递到螺旋桨上,因此涡轮螺旋桨发动机的涡轮级数会更多,当发动机工作时由螺旋桨产生的推力可以占总推力的百分之95左右,而发动机喷口产生的推力只有百分之5左右。涡轮螺旋桨发动机拥有更高的工作效率。
由上述内容可知,涡轮喷气结构可以看做是飞机发动机的“核心机”,也是飞机发动机的动力源。
反推我们知道飞机获得的动力的过程就是将空气向后“推”的过程,这个过程满足牛顿第三定律,既作用力与反作用力的关系。反推之所以可以实现飞机的减速,就在于其改变了“喷气”方向。
当飞机着陆时,为了实现尽快减速,可以改变发动机喷出气流的方向,从而获得反向推力,要实现这个功能,通常在发动机后方安装反推器,当反推器开启后,发动机后喷的气流会“撞向”反推器,然后转变为具有向前方向分量的高速气体,从而使飞机获得反向推力。
如下图,涡轮风扇发动机开启反推时,通常只改变外涵道气流方向。
下图是军用飞机发动机开启反推图。
涡轮螺旋桨发动机通常利用“反桨”来实现辅助减速效果,
反推中的能量守恒先来看看题主的描述:
能量守恒,飞机发动机吸气,通过后边反推板实现反推。反推力应该永远不会大于飞机发动机的吸力,最多实现平衡。为什么会有减速效果?
其实从上文我们已经知道,飞机的动力源自于将气体向后推,在这个过程中,气体在进入发动机后其实经历了“加速”过程,而且发动机吸入气体与喷出气体的总量是不同的,因为喷出的气体包含了燃料燃烧产生的气体。因此整个过程就是,发动机吸入空气,然后和燃料混合燃烧,从而产生高温高压气体,然后这部分气体高速从发动机后方喷出,从而使发动机获得推力,所以发动机喷出气体的能量是大于吸入气体的能量的。力是改变物体运动状态的原因,发动机开启反推后产生的后向推力使飞机产生后向的加速度,所以向前滑行的飞机会逐渐减速。
总结飞机发动机工作时需要消耗燃料,消耗的燃料产生的能量一部分用来维持发动机的运转,另一部分能量则直接为飞机产生推力,由于燃料能量的加入,所以发动机喷出气体的能量是大于吸入气体的能量的。
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