喷气发动机

喷气发动机是指由喷管喷出的高速射流直接产生反推力的发动机，广泛用作飞机的动力装置。燃料和氧化剂在发动机的燃烧室内发生化学反应，释放出热能，转化为调节喷嘴内气流的能量。飞机携带的氧化剂除燃料外，称为火箭发动机，包括固体燃料火箭发动机和液体燃料火箭发动机，其特点是在大气层外工作。

称为从大气中取空气作为氧化剂，不自带氧化剂“空气喷气发动机”，包括冲压发动机、脉冲发动机、涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机等。涡扇发动机是现代运输机中应用最广泛的喷气发动机，其特点是推力大、低噪音和低油耗。

实际应用

喷气推进是英国著名物理学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton牛顿牛顿）爵士乐的实际应用运动第三定律。该定律表述为：每一个作用在物体上的力，都有一个方向相反大小相等的反作用力。就飞机推进而言，“物体”是空气在通过发动机时被加速。产生该加速度所需的力具有作用在产生该加速度的装置上的大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机类似于发动机/螺旋桨组合产生推力。两者都是通过向后推动大量气体来推动飞机，一种是相对低速的大量空气滑流的形式，另一种是非常高速的气体射流的形式。

同样的反作用原理出现在所有形式的运动中，并且通常有许多应用。喷气推进原理最早的著名例子是古希腊希律王的发动机，公元一世纪作为玩具生产。这个玩具说明了从喷嘴喷出的水蒸气的能量可以把大小相等方向相反的反作用力传递给喷嘴本身，从而使发动机转动。一个类似的旋转式花园洒水器是这个原理的一个更实际的例子。该洒水喷头通过作用在水喷嘴上的反作用力旋转。现代灭火设备的高压喷嘴是“喷流反作用”的一个例子。由于水射流的反作用，消防队员常常可以 不要握住或控制水管。也许这个原理最简单的表现就是嘉年华气球当它释放空气或气体时，它会朝着与射流相反的方向迅速飞走。

喷射反应肯定是内部现象。它并不像人们通常想象的那样，是由于急流的压力作用在大气上造成的。事实上，喷气推进引擎，不考虑火箭，、冲压喷气、或涡轮喷气发动机，是一种设计用来加速空气流或气体流并将其高速排出的装置。当然，有不同的方法可以做到这一点。但在所有情况下，最终作用在发动机上的反作用力，也就是推力，与发动机排出的气流质量和气流速度成正比。换句话说，在大量空气中加入小速度，或者在少量空气中加入大速度，可以提供相同的推力。在实践中，人们喜欢前者，因为降低喷气速度可以获得更高的推进效率。

他们的工作过程可以总结如下：进气、压缩、燃烧、排气。

不同类型的喷气发动机，不考虑冲压发动机、脉冲喷气、燃气轮机、涡轮/冲压发动机或涡轮发动机-火箭，唯一的区别是“推力提供者”即发动机供给能量并转化为飞行动力的方式。

冲压喷气

冲压喷气发动机（Ramjet）其实就是气动热导管。它没有任何主要的旋转部件，但只包含一个扩大的进气道和一个收敛的形状或收敛-扩张形出口。当它被外部能量强迫前进时，空气被迫进入进气口。当它流过这个扩散形导管时，它的速度或动能减小，而压力能增加。然后，燃油的燃烧使总能量增加，膨胀的燃气通过出口导管高速排入大气。冲压发动机常被用作导弹和靶机的动力装置，但简单的冲压发动机并不适合作为普通飞机的动力装置，因为它需要向前运动才能产生推力。

冲压发动机本身没有运动部件气流从前进气口进入发动机后，利用导管截面积的变化，使高速气流减小，气体压力增大。压缩气体进入燃烧室，与燃料混合后燃烧。因为冲压发动机维持运转的一个重要条件是高速气流不断从前方进入，发动机无法继续低速或静止运转，只能在一定速度或以上产生推力。为了将冲压发动机加速到合适的工作速度，在点燃冲压发动机之前，必须使用其他辅助动力系统来提高静止或低速时的飞行速度。

由于没有运动部件，冲压发动机比一般的喷气发动机重量更轻，结构更简单，但在低速时冲压发动机的气体压缩效果有限，所以低速时效率较差。

冲压发动机适宜的工作环境是在2马赫以上，最小启动大约在这个边界随着速度的提高，气体冲压效应会大大压倒3马赫时的涡喷发动机，此时的涡喷发动机往往会因为超温而无法运转但在冲压发动机燃烧阶段，进气气流的速度仍需通过激波减速至音速以下，否则燃烧过程将无法维持。新一代冲压发动机被称为超音速燃烧冲压发动机（Supersonic combustion ramjet engine）在燃烧阶段保持音速以上的气流在技术上是比较困难的，也是发动机公司的开发对象。

冲压发动机是一种空气喷气发动机，利用迎面而来的气流进入发动机后进行减速，从而增加空气的静压。它通常由进气道（又称扩压器）燃烧室、推进喷管由三部分组成。冲压发动机没有压气机（不需要燃气轮机）因此，它也被称为无压气机的空气喷气发动机。

这种发动机压缩空气的方法是依靠飞机高速飞行时的相对气流进入发动机进气道减速，将动能转化为压力能（比如进气速度为3倍音速时，理论上可以增加37倍的气压）冲压发动机工作时，高速气流迎面吹向发动机，在进气道内膨胀减速，气压和温度升高后进入燃烧室和燃油（一般为煤油）混合燃烧将温度提高到20002200℃甚至更高，高温气体再通过推进喷管膨胀加速，然后从喷管高速排出，产生推力。冲压发动机的推力与进气速度有关比如进气速度为3倍音速时，在地面产生的静推力可以超过200N。

冲压发动机结构简单、重量轻、推重比大、成本低。然而，因为没有压缩机，它可以 不能在静态条件下启动，所以不适合作为普通飞机的动力装置，往往与其他发动机配合使用，成为组合动力装置。如冲压发动机和火箭发动机的组合，冲压发动机和涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机的组合。装有联合动力装置的飞机在起飞时启动火箭发动机、对于涡喷或涡扇发动机，当飞行速度足以使冲压发动机正常工作时，再使用冲压发动机，关闭与之配合工作的发动机；在着陆阶段，当飞机的飞行速度降低到冲压发动机无法正常工作时，匹配的发动机重新启动。如果单独用冲压发动机作为飞机的动力装置，飞机必须被其他飞机运载到空中，并有一定的速度，冲压发动机才能发射。

脉冲喷气

脉冲喷气发动机（Pulsed jet）采用间歇燃烧的原理。与冲压发动机不同，它可以在静止状态下工作。这种发动机由一个类似冲压发动机的空气动力导管组成。它具有高压和坚固的结构。进气管有许多进气口“活门”在打开位置，在弹簧张力的作用下，空气通过打开的气门进入燃烧室，并通过燃烧喷入燃烧室的燃料而被加热由此产生的膨胀增加了压力，迫使阀门关闭，然后膨胀的气体向后喷出；排气导致减压，导致阀门重新开启。这个过程一直持续下去。脉冲喷气发动机曾被设计为直升机旋翼的推进装置，其中有些还通过精心设计涵道来控制谐振循环的压力变化，从而省略了进气阀。但是脉冲喷气发动机不适合用于飞机动力装置，因为它的油耗高，无法达到现代燃气涡轮发动机的性能。