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现代喷气式发动机通过在高压下燃烧燃料而获取更高的效率，燃烧后气体剧烈膨胀。膨胀率越大，则从气体中提取的机械能就越大。 为使其能够在高压下燃烧，涡轮会将吸入的空气压缩至高压。在这个过程中，会出现很多与我们直觉相悖的情况。 火焰速度会比你想象中的还要慢，每秒仅有几十厘米。你走着都比它快。 燃烧室内高压空气的运动速度也相当的慢，和火焰速度大致相同。涡流促使新鲜的空气/燃料混合物点火，而火焰稳定器会使一些燃烧的空气在这样的涡流中重新再循环。 最大的压力点在压缩机压缩气体的最后阶段。实际上，由于阻力的关系，气体压力在通过燃烧室时会降低一些。燃烧的燃料并不会增加气体的压力，而是增加气体的温度和体积。 正如大多数人知道的那样，大型喷气式飞机的发动机多采用大涵道比涡轮风扇发动机。所吸入的空气超过80%都会被轻微压缩，然后瞬间膨胀，这使得前掠叶片成为了一个奇特的推进器。 更为奇怪的是，剩余20%空气中，只有一小部分是通过核心区用于燃烧的。其余空气皆用于冷却和保护引擎的受热部位。 最后一点我再解释一下哈。 燃烧室压力越大，效率就越高。燃烧室压力略低于压缩机出口的压力。在进入燃烧室之前，压缩机的压力越大，空气温度就越高。而燃烧室会令受热空气的温度更高。不过，气体温度会受到燃烧室后面第一个涡轮盘承受能力的限制。 因此，第一个涡轮盘必须具备极好的耐高温性能。我认为进入第一个涡轮盘的气体温度大概在1600摄氏度左右，即合金的熔点温度。涡轮叶片是中空的。从比燃烧室温度低的压缩机中出来的高温高压气体，通过中心区域，并从前端的小孔排出。这种温度相对较低的气体在一定程度上对涡轮叶片形成了绝缘层，而中心流动的气体则在通过此处时带走了热量。 同样的冷却技术，气体通过一个或两个涡轮机一级一级的压缩，未燃烧的边界层气体被用于燃烧室的大部分表面。在这之后，温度可以调控的气体便可以释放出足够的能量。 如果我们想获得更高的燃烧室压力，除了最大限度的提高燃烧室的出口温度，还能怎么做呢?其中一个方法是减少加热燃烧室内的气体，这样压缩机出口的温度就会更高，也就有可能获得更高的压缩率。减少加热气体意味着在一定量的空气中燃烧的燃料较少，从而增加空气/燃料的混合比。所以，他们为了达到高温而燃烧混合了压缩空气的燃料，然后再混入更多的压缩空气，以使温度降到1600摄氏度左右，或是降到第一个涡轮盘能够承受的温度。 另一种无需增加温度而获得更高压力的方法是，通过某种方式冷却进气温度。人们研究的是鼓风式喷气发动机的中间冷却器，鼓风式喷气发动机中的气体经由多级压缩机之后，通过前端风扇后面的中空叶片将热量由旁路释放掉。中间冷却可以使压缩机在相同的压缩机出口温度下达到更高的压力。也许某一天这个方法真的会管用，但是就目前来看，流失掉的热量并不是完全由输出中所提取的额外能量构成的。 还有一种更简单的方法，就是在海拔更高的地区作业。因为海拔越高的地方，压力越低，膨胀率越大。而且那种地方的空气温度也会更低，当然了，也不会像你希望的那么低哈。因为假如你在海拔35000英尺的地方压缩-40摄氏度的空气，你会得到类似海平面温度的结果。如果你有什么温度更低的东西，空气就会像砖头一样掉落下来，除非来一场雷雨。 在这样的背景条件下，有可能看到水在进气口所发生的变化。风扇叶片会将大部分水珠在进入燃烧室之前就扇进旁通空气中，而剩下的水珠就到达燃烧室之前就蒸发掉了。如果是像PT6涡轮螺旋桨发动机那样的小型涡轮机，在其压缩机叶片前装有惯性分离器。我想这是为了给发动机提供保护，防止出现未被蒸发的冰雪损伤发动机的情况。另外，我想小型PT6压缩机叶片也禁受不起冰雹的洗礼，这和你在747发动机面前看到大型发动机CF34的叶片是一个道理。 需要注意的是低空地区，为高空飞行而做了优化的压缩机系统会将进气量压缩到过高的温度。为了降低压缩比，压缩空气中的一部分必须被释放掉。在喷气式飞机发展早期，水作为一种临时增加功率的方法，会在起飞过程中被注入吸进的空气中。蒸发使得进气温度降低，因此在通过燃烧室时可以保留更多的空气。即使燃烧室压力与环境压力比低于标称值，燃烧室的实际压力值也会比标称值高得多。我认为从涡轮后面出来的气体是过度膨胀的，因此会低于环境压力，但是温度会非常高。废气中的多余能量有一部分会被转化为紊流，这也是在注水时会听到振动声的原因。 |
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