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飞机喷气发动机如此强大,为什么不用在汽车

发布时间:2024/8/28 11:57:49   
活塞发动机时期

飞机发动机的历史主要经历了三个阶段,19世纪末期随着内燃机在汽车上得以应用,人们开始考虑将内燃机装在飞机上作为动力源,年莱特兄弟把一台直列四缸水冷发动机改装之后,装在名为“飞行者一号”的实验飞机上,人类历史上的第一台飞行器正式诞生

星型发动机时期

后来在战争的推动下,飞机发动机为了追求更大的动力,诞生了“星型发动机”

由于动力更强质量更轻,生存性能更强,星型发动机在两次世界大战期间被不断改进升级,大规模应用于轰炸机、运输机和战斗机

于此同时,涡轮喷气发动机也开始逐步得到普及,将飞机带入了喷气时代

燃气轮机时期

喷气发动机通过将燃料燃烧时产生的气体高速喷出,从而获得大小相等的反作用力为飞机提供飞行驱动力

二战结束之后喷气发动机开始彻底取代传统活塞发动机,主要分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、还有涡轮螺旋桨发动机,由于遵循布雷顿循环,从本质上来说它们都是属于“燃气轮机”

工作时通过压气机吸入空气和燃料进行混合,在燃烧室燃烧之后变成高温高压的气流,随即流入燃气涡轮中膨胀做功,一小部分动力用来带动压气机继续工作,大部分能量用来为燃气轮机输出功率,在飞机上的燃气轮机,利用气流的高速喷出产生的推力来输出动力

而坦克轮船上燃气轮机则是利用高压废气推动轮扇转动,再通过末端齿轮与变速器连接,将动力输送到坦克履带或者轮船的螺旋桨

与活塞发动机的区别

汽车上用的往复式活塞发动机和燃气轮机有很大的区别。汽车上的发动机是通过活塞上下运动,带动连杆曲轴这些部件形成力矩,相当于是把活塞的上下直线做功转化成了圆周做功

而燃气轮机则是跳过了直线做功,直接实现了圆周做功,这种独特的做功方式让燃气轮机在同体积的情况下拥有更强的动力

并且燃气轮机都会配备多级增压的压气机,可以将气压提升至40倍,即便是在高空氧气稀薄的环境下,依然能够获得足够的进气量,而汽车发动机的涡轮增压器相比于飞机发动机的压气机,简直就是小儿科的存在

以前的罗浮汽车和克莱斯勒曾经尝试将燃气轮机应用于汽车,但是经过数十年的努力最终还是放弃了,最大的原因有2个

高效转速区间窄

第一个就是燃气轮机高效省油的转速区间非常窄,只要不是在最佳的转速区间,燃气轮机就会非常费油,怠速状态下的油耗,可以达到全力运行时的80%

并且燃气轮机的油门响应速度非常慢,需要持续按住油门才能顺利启动,而我们普通的家用汽车,低速堵车行驶和怠速等红绿灯的场景非常多,如果真的给汽车装上燃气轮机在城市道路走走停停,相信大部分车主绝对要气的吐血

而飞机轮船不属于陆地行驶工具,更容易让发动机保持在高效的区间持久运行

工作强度大、成本高

第二个原因就是燃气轮机的成本比较高,发动机转速和工作温度要远远高于活塞发动机,比如飞机上的航空发动机,燃气涡轮的转速每分钟超过了1万转,温度高达度

相比于汽车活塞发动机的两三千转和几百度的温度,提升了不止一个量级,这对于材料的结构强度和所能承受的温度都有非常高的要求,成本自然也就越高。

并且燃气轮机的排放也比较严重,很难配备尾气净化装置,所以只能用在军用设备、飞机、轮船这类交通工具上



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