飛機降落後發動機反推,為什麼會有減速效果?

一個活生生的人


“飛機降落後發動機反推,為什麼會有減速效果?”由牛頓定律可知,力是改變物體運動狀態的原因,飛機減速正是受到了反向推力的作用,但這個過程並不違背能量守恆定律。

飛機發動機

普通固定翼飛機發動機通常有渦輪噴氣發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪風扇發動機這三種,一些小型飛機也會用到活塞式內燃機,對於本題來說,我們不用討論。以上三種發動機其實有其內在的聯繫,下面我們簡單的說一下:

1、渦輪噴氣發動機

渦輪噴氣發動機常用於軍用飛機領域,比如超音速戰鬥機與轟炸機等,這種發動機巧妙的避免了火箭發動機與衝壓發動機的一些缺點,首先來說,渦輪噴氣發動機和火箭類似,也是依靠噴氣來獲得推力,但其可以直接利用空氣中的氧氣來作為氧化劑,避免了火箭發動機攜帶氧化劑的問題,其次和衝壓發動機相比,渦輪噴氣發動機本身有壓縮機裝置,不需要像衝壓發動機那樣採用超高速來獲得壓氣效果。當渦輪噴氣發動機工作時,其發動機前部吸入空氣,空氣經過壓氣機壓縮後,在燃燒室和燃料發生化學燃燒,由此產生的高壓氣體急速從後方噴管中噴出,在噴出的過程中,這些高速氣體還會帶動壓氣機與渦輪工作,從而實現整個發動機的工作循環。

2、渦輪風扇發動機

渦輪噴氣發動機雖然有許多優點,但卻並不適合普通的民用航空,因為商業航空最看重的是經濟性,這就要求民用航空飛機的發動機需要有較高的工作效率。研究發現,如果增加壓氣機的增壓效果和提供渦輪前的燃氣溫度,就可以提高發動機的熱效率,但這會造成發動機的排氣速度增高,從而造成動能損失,為了平衡這個矛盾,需要對渦輪噴氣發動機進行“改造”,首先我們在渦輪噴氣發動機內部再增加幾級渦輪,從燃燒室產生的高壓高速氣流在經過渦輪使會減慢速度,而獲得動力的渦輪可以把動能傳遞到發動機前部,在這裡我們可以再安裝幾組風扇,經過這樣一頓“操作”,渦輪風扇發動機簡單來說就是渦輪噴氣發動機前部安裝了幾個大風扇,渦輪風扇發動機工作時,其前部風扇吸入的空氣,一部分會送入內涵道,經過壓氣機與燃燒室從而產生動力,另一部分空氣會從外涵道經過,然後直接從發動機後方排出,這樣做既減緩了整個發動機的排氣速度,又提供了渦輪前溫度與壓氣機增壓比,豈不美哉。

3、渦輪螺旋槳發動機

簡單來說,渦輪螺旋槳發動機可以看做是去掉外涵道外殼的渦輪風扇發動機,同時用螺旋槳代替渦輪風扇發動機前部的風扇,其工作過程可以看做是渦輪噴氣發動機內的渦輪直接帶動螺旋槳工作,從而產生推力,這個過程需要發動機把更多的動力傳遞到螺旋槳上,因此渦輪螺旋槳發動機的渦輪級數會更多,當發動機工作時由螺旋槳產生的推力可以佔總推力的百分之95左右,而發動機噴口產生的推力只有百分之5左右。渦輪螺旋槳發動機擁有更高的工作效率。

由上述內容可知,渦輪噴氣結構可以看做是飛機發動機的“核心機”,也是飛機發動機的動力源。

反推

我們知道飛機獲得的動力的過程就是將空氣向後“推”的過程,這個過程滿足牛頓第三定律,既作用力與反作用力的關係。反推之所以可以實現飛機的減速,就在於其改變了“噴氣”方向。

當飛機著陸時,為了實現儘快減速,可以改變發動機噴出氣流的方向,從而獲得反向推力,要實現這個功能,通常在發動機後方安裝反推器,當反推器開啟後,發動機後噴的氣流會“撞向”反推器,然後轉變為具有向前方向分量的高速氣體,從而使飛機獲得反向推力。

如下圖,渦輪風扇發動機開啟反推時,通常只改變外涵道氣流方向。

下圖是軍用飛機發動機開啟反推圖。

渦輪螺旋槳發動機通常利用“反槳”來實現輔助減速效果,

反推中的能量守恆

先來看看題主的描述:

能量守恆,飛機發動機吸氣,通過後邊反推板實現反推。反推力應該永遠不會大於飛機發動機的吸力,最多實現平衡。為什麼會有減速效果?

其實從上文我們已經知道,飛機的動力源自於將氣體向後推,在這個過程中,氣體在進入發動機後其實經歷了“加速”過程,而且發動機吸入氣體與噴出氣體的總量是不同的,因為噴出的氣體包含了燃料燃燒產生的氣體。因此整個過程就是,發動機吸入空氣,然後和燃料混合燃燒,從而產生高溫高壓氣體,然後這部分氣體高速從發動機後方噴出,從而使發動機獲得推力,所以發動機噴出氣體的能量是大於吸入氣體的能量的。力是改變物體運動狀態的原因,發動機開啟反推後產生的後向推力使飛機產生後向的加速度,所以向前滑行的飛機會逐漸減速。

總結

飛機發動機工作時需要消耗燃料,消耗的燃料產生的能量一部分用來維持發動機的運轉,另一部分能量則直接為飛機產生推力,由於燃料能量的加入,所以發動機噴出氣體的能量是大於吸入氣體的能量的。

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漫步的小豆子


先說下什麼叫反推吧。

所謂的發動機反推,就是將本來應該吹向機身後面的氣流,吹到前面去。

實現這一功能的設備叫做“推力反向器(Thrust reversa)”。推力反向器的設計有很多種類型,但無一例外的都是暫時改變發動機向後吹出的一部分氣流吹向前方。

簡單的說就是推力向前轉了一個彎。


為什麼說不能用能量守恆原理來解釋這個問題呢?能量守恆是指“孤立”系統的總能量保持不變,而飛機對於外界並不是孤立系統,飛機的能量實際上是不斷改變的。適用於推進和反推的定律叫做牛頓第三定律,指作用力和反作用力相等。


當飛機向後吹出氣流的時候,其反作用力推動飛機獲得向前的(推力),這時飛機就可以向前飛行了。

而如果飛行員打開了推力反向器氣流在噴管或函道內流動的方向被改變,從向前的路徑向前吹出,這時飛機就會受到更大的前進阻力。

在這種狀態下飛機就可以迅速減速縮短降落滑行距離。當然了,如果不開反推那麼就需要輪胎在跑道上摩擦產生的阻力為飛機減速——廢輪胎。如果飛機有剎車的話,也可以打開剎車來為飛機建樹——費剎車片。所以從經濟的角度上來說,燒點油就讓飛機更快的停下來是比較划算的,因此目前大部分飛機上都是有“反推”裝置的。


對於題主提到的反推力不會大於發動機的吸力,這個論斷下飛機就不會飛起來了。題主你忽略了飛機是燒油的,油燃燒到推動飛機的過程是化學能轉化為熱能再轉化為動能的典型案例啊。同樣飛機也不是一個“孤立系統”。


軍武數據庫


這個原理說個簡單的例子你就懂了,電風扇!電風扇轉起來就有風,這個風對於電風扇本身那就是一個向後的推力,如果你的電風扇太輕了,就會被吹倒。

飛機降落後反推跟這個原理是一樣的,朝著飛機前方吹風,那就會對飛機本身產生一個向後的推力,當然可以減速了。


隨想小科學


飛機著陸時,為了讓飛機減速,會讓反推整流罩後移,堵住風扇氣流向後流的通路而轉向前噴出,產生反推力。也就是說靠改變飛機由向後變為向前噴氣的方向,使飛機達到減速的目的。


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