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飞机动力原理

升力原理:

飞机是比空气重的飞行器,因此需要消耗自身动力来获得升力。而升力的来源是飞行中空气对机翼的作用。

在下面这幅图里,有一个机翼的剖面示意图。机翼的上表面是弯曲的,下表面是平坦的,因此在机翼与空气相对运动时,流过上表面的空气在同一时间(T)内走过的路程(S1)比流过下表面的空气的路程(S2)远,所以在上表面的空气的相对速度比下表面的空气快(V1=S1/T >V2=S2/T1)。根据帕奴利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”,因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上,这就产生了升力。

从机翼的原理,我们也就可以理解螺旋桨的工作原理。螺旋桨就好像一个竖放的机翼,凸起面向前,平滑面向后。旋转时压力的合力向前,推动螺旋桨向前,从而带动飞机向前。当然螺旋桨并不是简单的凸起平滑,而有着复杂的曲面结构。老式螺旋桨是固定的外形,而后期设计则采用了可以改变的相对角度等设计,改善螺旋桨性能。

飞行需要动力,使飞机前进,更重要的是使飞机获得升力。早期飞机通常使用活塞发动机作为动力,又以四冲程活塞发动机为主。这类发动机的原

理如图,主要为吸入空气,与燃油混合后点燃膨胀,驱动活塞往复运动,再转化为驱动轴的旋转输出:

单单一个活塞发动机发出的功率非常有限,因此人们将多个活塞发动机并联在一起,组成星型或V型活塞发动机。下图为典型的星型活塞发动机。

现代高速飞机多数使用喷气式发动机,原理是将空气吸入,与燃油混合,点火,爆炸膨胀后的空气向后喷出,其反作用力则推动飞机向前。下图的发动机剖面图里,一个个压气风扇从进气口中吸入空气,并且一级一级的压缩空气,使空气更好的参与燃烧。风扇后面橙红色的空腔是燃烧室,空气和油料的混和气体在这里被点燃,燃烧膨胀向后喷出,推动最后两个风扇旋转,最后排出发动机外。而最后两个风扇和前面的压气风扇安装在同一条中轴上,因此会带动压气风扇继续吸入空气,从而完成了一个工作循环。

涡轮喷气发动机的诞生

二战以前,活塞发动机与螺旋桨的组合已经取得了极大的成就,使得人类获得了挑战天空的能力。但到了三十年代末,航空技术的发展使得这一组合达到了极限。螺旋桨在飞行速度达到800千米/小时的时候,桨尖部分实际上已接近了音速,跨音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降,推力不增反减。螺旋桨的迎风面积大,阻力也大,极大阻碍了飞行速度的提高。同时随着飞行高度提高,大气稀薄,活塞式发动机的功率也会减小。

这促生了全新的喷气发动机推进体系。喷气发动机吸入大量的空气,燃烧后高速喷出,对发动机产生反作用力,推动飞机向前飞行。

早在1913年,法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计,并获得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料,喷气推进只是一个空想。1930年,英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利,这是第一个具有实用性的喷气发动机设计。11年后他设计的发动机首次飞行,从而成为了涡轮喷气发动机的鼻祖。

涡轮喷气发动机的原理

涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡喷发动机属于热机,做功原则同样为:高压下输入能量,低压下释放能量。

工作时,发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即可,由于飞行速度是变化的,而压气机对进气速度有严格要求,因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。

压气机顾名思义,用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式,叶片转动对气流做功,使气流的压力、温度升高。

随后高压气流进入燃烧室。燃烧室的燃油喷嘴射出油料,与空气混合后点火,产生高温高压燃气,向后排出。

高温高压燃气向后流过高温涡轮,部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,驱动涡轮旋转。由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上,因此也驱动压气机旋转,从而反复的压缩吸入的空气。

从高温涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,从而产生了对发动机的反作用推力,驱使飞机向前飞行。

国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图

涡轮喷气发动机的优缺点

这类发动机具有加速快、设计简便等优点,是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力,则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比,这将会使排气速度增加而损失更多动能,于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大,对于商业民航机来说是个致命弱点。

涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机吸入的空气一部分从外部管道(外涵道)后吹,一部分送入内涵道核心机(相当于一个纯涡喷发动机)。最前端的“风扇”作用类似螺旋桨,通过降低排气速度达到提高喷气发动机推进效率的目的。同时通过精确设计,使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道,同样解决了排气速度过快的问题,从而降低了发动机的油耗。由于该风扇设计要兼顾内外涵道的需要,因此难度远大于涡喷发动机。

涡轮风扇喷气发动机的诞生

二战后,随着时间推移、技术更新,涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输

机,飞行速度要求达到高亚音速即可,耗油量要小,因此发动机效率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求,使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。

实际上早在30年代起,带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。40和50年代,早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此直到60年代,人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片,从而揭开了涡扇发动机实用化的阶段。

50年代,美国的NACA(即NASA 美国航空航天管理局的前身)对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司(GE)继续深入发展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机,立即打破了超音速喷气发动机的大量纪录。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司的JT3D涡扇发动机。实际上普·惠公司启动涡扇研制项目要比GE晚,他们是在探听到GE在研制

CJ805的机密后,匆忙加紧工作,抢先推出了了实用的JT3D。

1960年,罗尔斯·罗伊斯公司的“康威”(Conway)涡扇发动机开始被波音707大型远程喷气客机采用,成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。60年代洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机采用了罗·罗公司的RB211-22B大型涡扇发动机,标志着涡扇发动机的全面成熟。此后涡轮喷气发动机迅速的被西方民用航空工业抛弃。

波音707的军用型号之一,KC-135加油机。不加力式涡扇发动机实际上较为容易辨认,其外部有一直径很大的风扇外壳。

涡轮风扇喷气发动机的原理

涡桨发动机的推力有限,同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比,就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是,在飞行速度不变的条件下,提高涡轮前温度,自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此,片面的加大热功率,即加大涡轮前温度,会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率,必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。

涡轮风扇发动机的妙处,就在于既提高涡轮前温度,又不增加排气速度。涡扇发动机的结构,实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮,这些涡轮带动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样,送进压气机(术语称“内涵道”),另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。因此,涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时,为提高热效率而提高涡轮前温度,可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径,使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道,从而避免大幅增加排气速度。这样,热效率和推进效率取得了平衡,发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低,飞机航程变得更远。

涡轮风扇喷气发动机的优缺点

如前所述,涡扇发动机效率高,油耗低,飞机的航程就远。

但涡扇发动机技术复杂,尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道,是极大的技术难题。因此只有少数国家能研制出涡轮风扇发动机,中国至今未有批量实用化的国产涡扇发动机。涡扇发动机价格相对高昂,不适于要求价格低廉的航空器使用

冲压喷气发动机的原理

冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字。

冲压发动机由进气道(也称扩压器)、燃烧室、推进喷管三部组成,比涡轮喷气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程。这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机,是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气速度为3倍音速时,理论上可使空气压力提高37倍,效率很高。高速气流经扩张减速,气压和温度升高后,进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2000一2200℃,甚至更高,经膨胀加速,由喷口高速排出,产生推力。因此,冲压发动机的推力与进气速度有关。以3倍音速进气时,在地面产生的静推力可高达2OO千牛。

冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料,采用扩散形进气道和收敛形喷管,飞行时增压比不超过1.89。马赫数小于O.5时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气道,燃烧室入口为亚音速气流,采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速度为亚音速~6倍音速,用于超音速靶机和地对空导弹。高超音速冲压发动机使用碳氢燃料或液氢燃料,是一种新颖的发动机,飞行马赫数高达5~16。目前尚处于研制阶段。前两类发动机统称为亚音速冲压发动机,最后一种称为超音速冲压发动机。

当我被上帝造出来时,上帝问我想在人间当一个怎样的人,我不假思索的说,我要做一个伟大的世人皆知的人。于是,我降临在了人间。

我出生在一个官僚知识分子之家,父亲在朝中做官,精读诗书,母亲知书答礼,温柔体贴,父母给我去了一个好听的名字:李清照。

小时侯,受父母影响的我饱读诗书,聪明伶俐,在朝中享有“神童”的称号。小时候的我天真活泼,才思敏捷,小河畔,花丛边撒满了我的诗我的笑,无可置疑,小时侯的我快乐无虑。

“兴尽晚回舟,误入藕花深处。争渡,争渡,惊起一滩鸥鹭。”青春的我如同一只小鸟,自由自在,没有约束,少女纯净的心灵常在朝阳小,流水也被自然洗

礼,纤细的手指拈一束花,轻抛入水,随波荡漾,发髻上沾着晶莹的露水,双脚任水流轻抚。身影轻飘而过,留下一阵清风。

可是晚年的我却生活在一片黑暗之中,家庭的衰败,社会的改变,消磨着我那柔弱的心。我几乎对生活绝望,每天在痛苦中消磨时光,一切都好象是灰暗的。“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。

最后,香消玉殒,我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。

在天堂里,我又见到了上帝。上帝问我过的怎么样,我摇摇头又点点头,我的一生有欢乐也有坎坷,有笑声也有泪水,有鼎盛也有衰落。我始终无法客观的评价我的一生。我原以为做一个着名的人,一生应该是被欢乐荣誉所包围,可我发现我错了。于是在下一轮回中,我选择做一个平凡的人。

我来到人间,我是一个平凡的人,我既不着名也不出众,但我拥有一切的幸福:我有温馨的家,我有可亲可爱的同学和老师,我每天平凡而快乐的活着,这就够了。

天儿蓝蓝风儿轻轻,暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室,我坐在教室的窗前,望着我拥有的一切,我甜甜的笑了。我拿起手中的笔,不禁想起曾经作诗的李清照,我虽然没有横溢的才华,但我还是拿起手中的笔,用最朴实的语言,写下了一时的感受:

人生并不总是完美的,每个人都会有不如意的地方。这就需要我们静下心来阅读自己的人生,体会其中无尽的快乐和与众不同。

“富不读书富不久,穷不读书终究穷。”为什么从古到今都那么看重有学识之人?那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。那时因为读书能给人带来快乐。

自从看了《丑小鸭》这篇童话之后,我变了,变得开朗起来,变得乐意同别人交往,变得自信了……因为我知道:即使现在我是只“丑小鸭”,但只要有自信,总有一天我会变成“白天鹅”的,而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”……

我读完了这篇美丽的童话故事,深深被丑小鸭的自信和乐观所折服,并把故事讲给了外婆听,外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。还吵着闹着多看几本名着。于是我给外婆又买了几本名着故事,她起先自己读,读到不认识的字我就告诉她,如果这一面生字较多,我就读给她听整个一面。渐渐的,自己的语文阅读能力也提高了不少,与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大,而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。于是,我便发展“业务”带动全家一起读书……现在,每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上,争先恐后“抢书”,当我说起我最小应该让我的时候,却没有人搭理我。最后还把书给撕坏了,我生气地哭了,妈妈一边安慰我一边对外婆说:“孩子小,应该让着点。”外婆却不服气的说:“我这一把年纪的了,怎么没人让我呀?”大家人你一言我一语,谁也不肯相让……读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合,读一本好书,犹如同智者谈心、谈理想,教你辨别善恶,教你弘扬正义。读一本好书,如品一杯香茶,余香缭绕。读一本好书,能使人心灵得到净化。书是我的老师,把知识传递给了我;书是我的伙伴,跟我诉说心里话;书是一把钥匙,给我敞开了知识的大门;书更是一艘不会沉的船,引领我航行在人生的长河中。其实读书

的真真乐趣也就在于此处,不是一个人闷头苦读书;也不是读到好处不与他人分享,独自品位;更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。而是懂得与朋友,家人一起分享其中的乐趣。这才是读书真正之乐趣呢!这所有的一切,不正是我从书中受到的教益吗?

我阅读,故我美丽;我思考,故我存在。我从内心深处真切地感到:我从读书中受到了教益。当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时,我便想到培根所说的话:“世界上最庸俗的人是不读书的人,最吝啬的人是不买书的人,最可怜的人是与书无缘的人。”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书,例如毛泽东主席,他半边床上都是书,一读起书来便进入忘我的境界。

书是我生活中的好朋友,是我人生道路上的航标,读书,读好书,是我无怨无悔的追求。

一个人的谈吐有没有“味道”,完全要看他的读书方法。如果读者获得书中的“味”,他便会在谈吐中把这种风味表现出来;如果他的谈吐中有风味,他在写作中也免不了会表现出风味来。

所以,我认为风味或嗜好是阅读一切书籍的关键。这种嗜好跟对食物的嗜好一样,必然是有选择性的,属于个人的。吃一个人所喜欢吃的东西终究是最合卫生的吃法,因为他知道吃这些东西在消化方面一定很顺利。

读书跟吃东西一样,“此人吃来是蜜糖,他人吃来是砒霜”。教师不能以其所好强迫学生去读,父母也不能希望子女的嗜好和他们一样。如果读者对他所读的东西感不到趣味,那么所有的时间全都浪费了。

所以,永远记得,这世间上没有什么一个人必读的书,只有在某时某地,某种环境,和生命中的某个时期必读的书。读书和婚姻一样,是命运注定的或阴阳注定的。

纵使某一本书,如《圣经》之类,是人人必读的,读这种书也一定应当在合适的时候。当一个人的思想和经验还没有达到阅读一本杰作的程度时,那本杰作只会留下不好的滋味。

孔子曰:“五十以学《易》。”便是说,四十五岁时候尚不可读《易经》。孔子在《论语》中的训言的冲淡温和的味道,以及他的成熟的智慧,非到读者自己成熟的时候是不能欣赏的。

四十学《易》是一种味道,到五十岁,看过更多的人世变故的时候再去学《易》,又是一种味道。所以,一切好书重读起来都可以获得益处和新乐趣。

多读书,可以让你觉得有许多的写作灵感。可以让你在写作文的方法上用的更好。在写作的时候,我们往往可以运用一些书中的好词好句和生活哲理。让别人觉得你更富有文采,美感。

多读书,可以让你全身都有礼节。俗话说:“第一印象最重要。”从你留给别人的第一印象中,就可以让别人看出你是什么样的人。所以多读书可以让人感觉你知书答礼,颇有风度。

多读书,可以让你多增加一些课外知识。培根先生说过:“知识就是力量。”不错,多读书,增长了课外知识,可以让你感到浑身充满了一股力量。这种力量可以激励着你不断地前进,不断地成长。从书中,你往往可以发现自己身上的不足之处,使你不断地改正错误,摆正自己前进的方向。所以,书也是我们的良师益友。

多读书,可以让你变聪明,变得有智慧去战胜对手。书让你变得更聪明,你就可以勇敢地面对困难。让你用自己的方法来解决这个问题。这样,你又向你自己的人生道路上迈出了一步。

多读书,也能使你的心情便得快乐。读书也是一种休闲,一种娱乐的方式。读书可以调节身体的血管流动,使你身心健康。所以在书的海洋里遨游也是一种无限快乐的事情。用读书来为自己放松心情也是一种十分明智的。

读书能陶冶人的情操,给人知识和智慧。所以,我们应该多读书,为我们以后的人生道路打下好的、扎实的基础!

“书籍是全世界的营养品, 生活里没有书籍, 就好象没有阳光; 智慧里没有书籍, 就好象鸟儿没有翅膀。”([英] 莎士比亚)。“一本新书象一艘船, 带领着我们从狭隘的地方, 驶向生活的无限广阔的海洋。”([瑞士] 凯勒)。“不读书就没有真正的学问,没有也不可能有欣赏能力、文采和广博的见识。……不读书的人就不是一个完人。”([俄] 赫尔岑)。多读书, 可以开阔视野, 增长见识, 启迪智慧, 可以使自己在工作中有所创造, 有所成就; 多读书, 可以丰富自己的知识宝库, 进一步懂得生活, 可以提高自己的文采和对艺术的欣赏能力, 可以变“下里巴人”为“阳春白雪”, 从而使自己的生活更加丰富多采, 充满情趣。“书是随时在近旁的顾问, 随时都可以供给你所需要的知识, 而且可以按照你的心意, 重复这顾问的次数。”(凯勃司)。知识就是力量, 科学技术就是生产力。要想建设一个具有高度精神文明的社会主义强国, 没有一定的科学技术水平是不行的; 科学技术仅为少数人所掌握, 也是不行的, 尤其是在科学技术高度发达的今天, 更是如此。而要想让所有的人都上学学习, 是不可能的。那么, 就只有在工作中学习,利用一切可以利用的时间和条件自学。在自学过程中, 不可能人人都能得到指导老师, 那么, 最好的老师就是书籍。“书籍蜿蜒伸入我们的心灵, 诗人的诗句在我们的血流里舒缓地滑行。我们年轻时诵读它们, 年老时仍然铭记它们。我们读到他人的遭遇, 却感到身历其境。书籍到处可得, 而且价廉物美。我们就象呼吸空气中的氧一样吸收书中的营养。”([英] 哈慈利特)。读书有这样多的好处, 而书籍又可随时随地买到, 并且花钱不多; 时间, 工作之余也是足够的; 精力, 20岁左右的小伙子和姑娘们是充沛的。这种年龄, 记忆力旺盛, 分析判断

能力也已达到一定程度, 且无家室之累, 正是集中精力学习知识的黄金时代, 千万不要白白地浪费掉。中国有句古话: “少壮不努力,老大徒伤悲”。待到自己在曲折的人生中悟出应该多学本事的道理, 想学的时候, 由于年龄的增长, 记忆力衰退, 由于家庭的重负, 精力集中不起来, 那时想学也学不好了。与其那时悔恨终生, 倒不如现在就努力学习。“学海无涯勤是岸, 云程有路志是梯”, “勤奋能点燃智慧的火苗, 懒惰是埋葬天才的坟墓”。“业精于勤, 荒于嬉; 行成于思, 毁于随。”([唐] 韩愈)。成功的喜悦, 永远都是只属于那些勤奋好学, 勇于攀登的人们。“如果你们, 年轻的人们, 真正希望过‘很宽阔, 很美好的生活’, 就创造它吧, 和那些正在英勇地建立空前未有的、宏伟的事业的人手携手地去工作吧。”([苏] 高尔基)。为了能够工作得更好和生活得更美好, 读书学习吧, 年轻的朋友! 古人云:“书中自有黄金屋,书中自有颜如玉。”可见,古人对读书的情有独钟。其实,对于任何人而言,读书最大的好处在于:它让求知的人从中获知,让无知的人变得有知。读史蒂芬?霍金的《时间简史》和《果壳中的宇宙》,畅游在粒子、生命和星体的处境中,感受智慧的光泽,犹如攀登高山一样,瞬间眼前呈现出仿佛九叠画屏般的开阔视野。于是,便像李白在诗中所写到的“庐山秀出南斗旁,屏风九叠云锦张,影落明湖青黛光”。对于坎坷曲折的人生道路而言,读书便是最佳的润滑剂。面对苦难,我们苦闷、彷徨、悲伤、绝望,甚至我们低下了曾经高贵骄傲的头。然而我们可否想到过书籍可以给予我们希望和勇气,将慰藉缓缓注入我们干枯的心田,使黑暗的天空再现光芒?读罗曼?罗兰创作、傅雷先生翻译的《名人传》,让我们从伟人的生涯中汲取生存的力量和战斗的勇气,更让我们明白:唯有真实的苦难,才能驱除罗曼谛克式幻想的苦难;唯有克服苦难的悲剧,才能帮助我们担当起命运的磨难。读海伦?凯勒一个个真实

而感人肺腑的故事,感受遭受不济命运的人所具备的自强不息和从容豁达,从而让我们在并非一帆风顺的人生道路上越走越勇,做命运真正的主宰者。在书籍的带领下,我们不断磨炼自己的意志,而我们的心灵也将渐渐充实成熟。读书能够荡涤浮躁的尘埃污秽,过滤出一股沁人心脾的灵新之气,甚至还可以营造出一种超凡脱俗的娴静氛围。

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