航空英語(yǔ)翻譯

1、第四章 飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)是飛行器最復(fù)雜的部件之一，但是蘊(yùn)含在其中的推進(jìn)原理與規(guī)律確并不是如此的復(fù)雜。對(duì)于一架飛行器來(lái)說(shuō)，既需要?jiǎng)恿?lái)提供升力，又要克服空氣所產(chǎn)生的阻力。而且當(dāng)飛行器爬升或者需要轉(zhuǎn)彎時(shí)都需要提供額外的動(dòng)力來(lái)完成這些動(dòng)作。在第一章我們了解到要想產(chǎn)生升力就需要對(duì)周?chē)諝庾龉?，同樣的道理在這一章中，我們將會(huì)向您展示飛行器是如何利用推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)工作的。 對(duì)于爬升和轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的能量我們會(huì)在第六章討論，這章我們主要討論飛行器在正常飛行時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀況，以及活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生必需動(dòng)力的不同之處。一些不同或相似之處，一定會(huì)讓你吃驚的。 除了一些特例之外，尤其對(duì)于滑翔機(jī)來(lái)說(shuō)最顯著

2、地感受到活塞發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生飛行所需能量與噴氣式的不同。這些發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的能量必須作用于周?chē)h(huán)境之后，方能推動(dòng)飛行器的飛行；并且這些系統(tǒng)都需要復(fù)雜的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，我們并不需要一定要知道這些機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)才能明白發(fā)動(dòng)機(jī)是如何工作來(lái)提供推力和“長(zhǎng)”成現(xiàn)在這個(gè)模樣的。哎，又是牛頓定律 在第一章我們介紹了飛行器產(chǎn)生升力是靠的對(duì)機(jī)翼兩側(cè)的空氣的分離來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同樣的道理，我們來(lái)講解推進(jìn)系統(tǒng)的工作規(guī)律（除了產(chǎn)生推力，還伴必須把空氣往后退），就如家庭所使用的風(fēng)扇一樣的道理。更重要的是，像機(jī)翼，推進(jìn)系統(tǒng)等，這些都是牛頓定律的應(yīng)用體現(xiàn)。 我們知道牛頓第三定律應(yīng)用于任何作用，任何作用都有作用力和反作用力，在飛行器的

3、推進(jìn)系統(tǒng)中，作用力是空氣或尾氣產(chǎn)生的加速度，而反作用力即推力。我們還可以應(yīng)用牛頓第二定律來(lái)解釋?zhuān)蔷褪峭屏Φ拇笮?，正比于空氣的運(yùn)動(dòng)加速度。世界上所記錄的小雞的最長(zhǎng)飛行時(shí)間是13秒，最長(zhǎng)飛行距離是92米推力 雖然不是傳統(tǒng)飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)，但火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于我們理解推力卻是一個(gè)很好的例子。如圖4.1所示是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作的例子。首先，染料和氧氣被泵進(jìn)燃燒室燃燒，瞬間產(chǎn)生大量高壓氣體，加速至發(fā)動(dòng)機(jī)的“咽喉部位”，在此處氣體速度馬赫數(shù)為1.0，即等于聲速。經(jīng)過(guò)咽喉部位后，氣體繼續(xù)加速,直至最后，以超音速排出，并伴隨著產(chǎn)生極大的推力?；鸺懦龃罅扛咚贇怏w，這些氣體究竟有多少那？我們可以由圖4.2看出，這是阿

4、波羅8號(hào)發(fā)射時(shí)的場(chǎng)面。 火箭所產(chǎn)生推力的過(guò)程，就如用步槍射擊子彈后的過(guò)程類(lèi)似。類(lèi)似于牛頓第二定律，火箭所產(chǎn)生的推力，正比于所排出氣體的加速度。因此，為了提升火箭的推力，可以從提升發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣每秒排量，或者排氣速度，或者兩者同時(shí)著手。飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)在很大一部分上類(lèi)似于火箭的推進(jìn)系統(tǒng)。作用在飛行器上的力是提升尾氣或空氣速度的作用效果。如果你曾經(jīng)站在一架運(yùn)行著的飛行器的推進(jìn)器后，你肯定會(huì)感到一股強(qiáng)大的空氣流向你涌來(lái)。功率 飛行器推進(jìn)包含兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程。一個(gè)過(guò)程是把一部分燃料的能量轉(zhuǎn)化為推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行，另一個(gè)過(guò)程是將推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)化為對(duì)周?chē)h(huán)境的作用，即產(chǎn)生推力?；钊?螺旋槳復(fù)合型發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)完

5、整的推進(jìn)過(guò)程的例子。當(dāng)然，渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)也是另外一個(gè)例子，只不過(guò)他的過(guò)程并不像活塞-螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)那么明顯獨(dú)立。 通常，發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)家和飛行教員，以及教師在提到“推力”時(shí)，會(huì)將其與“推動(dòng)”和“飛行”聯(lián)系起來(lái)。但在這本書(shū)中，我們將講述的是“功率”這一概念。它更容易直觀地測(cè)量，并且可以由飛行員通過(guò)油門(mén)桿來(lái)控制。如果提高燃油流量或者拉油門(mén)桿，功率就會(huì)相應(yīng)的提高。功率，是有用功的效率，即用來(lái)做功的效率。這是理解飛行器推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵。所以，功率自然讓我們聯(lián)想到另個(gè)基本的物理概念：效率。 用上面所述方式來(lái)看待推進(jìn)系統(tǒng)的話，將會(huì)使我們更加容易地介紹很多一系列的問(wèn)題。我們知道功率對(duì)于飛行是必需的：用于支持飛行器本

6、身重量，克服摩擦力，以及爬升等等，這些都是飛行所需的功率，功率通常是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生，并傳輸給推進(jìn)器，或者能夠?yàn)閲姎馔七M(jìn)系統(tǒng)所利用（我們成為：可利用能量）?？衫媚芰颗c發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生能量之差，我們成為：損耗能量，這通常產(chǎn)生于螺旋槳?dú)饬骱蛧姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣動(dòng)能損失。 可用功率等于推力乘于速度。對(duì)于一臺(tái)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，擁有固定的功率，飛行器的飛行速度對(duì)可用功率的大小影響很小，圖4.3a 所示的是：在設(shè)定的固定功率下，某款活塞-螺旋槳復(fù)合型飛行器的推力及可用功率與速度的關(guān)系曲線。螺旋槳所產(chǎn)生推力與速度成反比例變化，但可用功率卻能夠較好的保持。當(dāng)然，這其中有很多因素的影響，螺旋槳的設(shè)計(jì)便是其中之一。1926年5

7、月九號(hào)，R.E.Byrd指揮官首次飛過(guò)北極。1929年11月28-29號(hào)首次完成飛越南極的航程。 如圖4.3b 所示，對(duì)于噴氣式飛行器隨著速度的變化明顯不同于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。其可用推力隨著速度的變化基本不變化?？捎霉β室舱扔陲w行器的速度。雖然關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以預(yù)測(cè)一定會(huì)影響飛行器的飛行表現(xiàn)，但這些我們將在后邊章節(jié)中進(jìn)行細(xì)節(jié)討。效率 一個(gè)飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)的目標(biāo)便是盡可能高效的提供更多的必需功率。這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)主要的損耗效率的地方：一是由燃料向發(fā)動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)變的過(guò)程，這是熱效率的問(wèn)題。這其中主要由于燃料的低效燃燒，熱能量的散失以及與發(fā)動(dòng)機(jī)各部件之間的各種摩擦損耗所致。一部分能量還要用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的

8、支持，比如燃料的動(dòng)能，潤(rùn)滑油泵以及發(fā)電等，這些損失都會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出效率。 一旦發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以后，就要立即將其轉(zhuǎn)化為推進(jìn)功。發(fā)動(dòng)機(jī)提供給我們的可用功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的比率便是推進(jìn)效率。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率就是對(duì)一定燃料轉(zhuǎn)化為多少發(fā)動(dòng)機(jī)可輸出功率的一種測(cè)量方式。那么什么導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率的改變那？對(duì)升力效率的討論可好用于此處。 記得第一章我們討論的：機(jī)翼所產(chǎn)生的升力正比于發(fā)動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間作用于空氣的動(dòng)量。飛行器的掠過(guò)帶給空氣的動(dòng)能，對(duì)其自己來(lái)說(shuō)是一種能量損失。最高效的飛行器便是在帶給空氣更少動(dòng)能的前提下，盡可能地提供必須的升力。因此，人們總是希望能夠作用于空氣更小的速度。這也是

9、為什么隨著機(jī)翼面積的提升，效率提升的原因。 升力效率的提升取決于轉(zhuǎn)移的空氣重量，而非被轉(zhuǎn)移空氣的速度。 推進(jìn)系統(tǒng)同機(jī)翼一樣的方式產(chǎn)生推力和轉(zhuǎn)移能量給周?chē)沫h(huán)境。因此，最高效的推力是在盡可能低速下，能夠加速更多的空氣。這樣就會(huì)減少損耗能量。如果一個(gè)螺旋槳飛機(jī)或者噴氣式飛機(jī)可以以最小的相對(duì)速度，吸收更多的空氣或者產(chǎn)生更大的推力的話，將意味著通過(guò)給予一定的少量空氣更大的速度這種方法，在同種推力下，比其他發(fā)動(dòng)機(jī)更有效率。記住一點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣做功所產(chǎn)生推力的能量，永遠(yuǎn)要靠發(fā)動(dòng)機(jī)自身來(lái)補(bǔ)充。 對(duì)于最好的發(fā)動(dòng)機(jī)效率，我們自然希望飛行器能夠?qū)χ車(chē)諝鈳?lái)零動(dòng)能。但很不幸，這是不可能的，要想產(chǎn)生推力，就必須要

10、給予周?chē)諝庖欢ǖ膭?dòng)能，即產(chǎn)生損失。 讓我們來(lái)看一下一個(gè)想要設(shè)計(jì)出兩倍于原始發(fā)動(dòng)機(jī)推力的發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)家的例子吧。這位專(zhuān)家可以通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘所釋放的動(dòng)量來(lái)加大推力,還可以通過(guò)提高尾氣的排放速度，當(dāng)然還可以?xún)烧叨继岣?，進(jìn)而提升推力。但是，如果提升了排氣速度，損失的能量就和速度的平方正比。因此，如果要通過(guò)兩倍排氣速度，兩倍功率，進(jìn)而產(chǎn)生兩倍推力的同時(shí)，卻伴隨著四倍的能量損失，顯然這是不可實(shí)現(xiàn)的。然而，通過(guò)兩倍動(dòng)量的方式，就會(huì)有雙倍的可用功率，以及只有兩倍的損失能量，進(jìn)而來(lái)獲得兩倍推力。基本上飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)的目的便是在最低的能量損失下，盡可能地產(chǎn)生更大的推力。在這個(gè)過(guò)程中，顯然發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者們更青睞

11、于提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)量而非尾氣的速度。螺旋槳 螺旋槳簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼。對(duì)于低速飛行來(lái)說(shuō)，螺旋槳是最高效的推進(jìn)方式。在轉(zhuǎn)化為可用推進(jìn)功率方面，螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到最高效率84%或者更高。這就意味著只有16%或者更少的能量損失。由于螺旋槳是通過(guò)推動(dòng)大量空氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片，進(jìn)而提升空氣速度的，從中我們可以看出設(shè)計(jì)者們正是基于動(dòng)量和排氣速度的折中原理來(lái)設(shè)計(jì)的。大的螺旋槳比小的更有效率，因?yàn)樗梢酝苿?dòng)更多空氣。Rubber的頻帶旋轉(zhuǎn)模型飛行愛(ài)好者們，都知道較小的轉(zhuǎn)角和大葉片螺旋槳可以提供更遠(yuǎn)的航程。 螺旋槳的面積和旋轉(zhuǎn)速度由很多因素決定。首先，小轉(zhuǎn)角，大葉片螺旋槳對(duì)于有離地凈高的飛行器來(lái)說(shuō)是不適用的。

12、同樣重要的是，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度還要和所提供的發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。結(jié)合這些必要條件，還需要將螺旋槳葉尖速度保持在音速以下（因?yàn)樵胍艉透郊幽芰康膿p失），因此你才會(huì)看到今天這樣的螺旋槳。航空用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常設(shè)計(jì)速度在2200-2600rpm，在正常飛行狀態(tài)下的，槳尖速度大致維持在聲速以下時(shí)的典型螺旋槳葉片直徑是72-76英尺（182-193cm）.最早期的飛行器，比如在一戰(zhàn)中所應(yīng)用的，都擁有較低的轉(zhuǎn)速，一般在1600rpm左右。這些早期的飛行器都有較大的螺旋槳葉片（100英尺左右）。因?yàn)榇笕~片意味著在單位時(shí)間內(nèi)可以通過(guò)更多的空氣，和我們今天所使用的相比有更高的推進(jìn)效率。但是對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提升確是任重而道遠(yuǎn)

13、。 對(duì)空氣做功的功率正比于螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度的立方，可以通過(guò)將其比作擁有固定沖角的機(jī)翼來(lái)理解。我們從第一章了解到：機(jī)翼作用于空氣的功率，正比于分離的空氣的量乘以垂直方向的空氣速度的平方。如果在沖角固定的情況下，機(jī)翼的速度增大一倍，那么分離的空氣量和垂直方向的空氣速度都會(huì)增加一倍，這樣功率的增長(zhǎng)因數(shù)就會(huì)變成 8 。同樣對(duì)于某款螺旋槳來(lái)說(shuō)，如果傾斜角和前進(jìn)速度不變的話，那么傳遞給空氣的功率正比于螺旋槳轉(zhuǎn)速的立方。這也就意味著螺旋槳的轉(zhuǎn)速的增加將伴隨著極大的功率需求。因此對(duì)于螺旋槳面積與發(fā)動(dòng)機(jī)的體形匹配是非常重要的。如果螺旋槳的葉片短，那么對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷就小，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)以很高的速度“超轉(zhuǎn)”，但這樣就會(huì)

14、破壞發(fā)動(dòng)機(jī)；如果葉片過(guò)長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)就不會(huì)達(dá)到理想轉(zhuǎn)速，這樣就不會(huì)傳遞足夠的功率給螺旋槳。多層螺旋槳 螺旋槳的葉片總表面面積決定了其能夠轉(zhuǎn)化為推力的能力。表面積越大轉(zhuǎn)化為的推力也就越大。對(duì)于大多數(shù)的小型飛機(jī)來(lái)說(shuō)，通過(guò)增大單個(gè)葉片的表面積，僅用兩個(gè)葉片就能夠達(dá)到所需推力。但是還有一些飛機(jī)通過(guò)增加葉片的數(shù)量來(lái)達(dá)到增大葉片表面積的，如三葉型、四葉型甚至還有六葉型，但是他們的效率卻基本相同。通過(guò)增多葉片數(shù)量從雙葉片向多葉片轉(zhuǎn)變從而來(lái)達(dá)到增大表面積的目的其實(shí)一種微妙的權(quán)衡。雙葉螺旋槳對(duì)于所需功率較小的小型飛機(jī)來(lái)說(shuō)是比較高效率的；而多葉片型更適合需要做爬升，高速的動(dòng)作的飛機(jī)，同時(shí)產(chǎn)生更少使人厭煩的噪音和更少的

15、振動(dòng)也是推動(dòng)多葉型螺旋槳發(fā)展的因素。Figure4-4 單葉型螺旋槳 而不使用更多的葉片的螺旋槳的原因是：他的成本太高了。另一個(gè)原因是葉片越多就會(huì)產(chǎn)生更多的擾流，這對(duì)于單個(gè)葉片來(lái)說(shuō)，就意味著相對(duì)較低的轉(zhuǎn)化效率。因此，一般情況下，如果能用更少葉片就盡可能不要使用多葉片。使用單葉片的努力已經(jīng)達(dá)到了極致，如上圖所示的那種實(shí)驗(yàn)型單葉片螺旋槳 這種可以提高螺旋槳的效率，但是由于螺旋槳的效率已經(jīng)很高了，因此這種提高并不是很顯著。螺旋槳漿距 伴隨著螺旋槳的速度和面積大小的確定，通過(guò)其本身的空氣流也基本上是固定的。為了得到更大的推力就必須要增大通過(guò)螺旋槳后空氣的速度。槳距類(lèi)似于機(jī)翼的沖角，對(duì)于一個(gè)固定槳距的槳

16、葉來(lái)說(shuō)，其安裝角對(duì)于其旋轉(zhuǎn)方向來(lái)說(shuō)，是固定的。槳葉的安裝沖角由槳距，槳的旋轉(zhuǎn)速度，飛機(jī)的飛行速度所決定。飛行器的速度越大，其相對(duì)沖角也就越小。這可以在圖4-5中看到：標(biāo)示的是飛行器在沒(méi)有向前速度的啟動(dòng)階段和在飛行狀態(tài)下的沖角大小。飛行器的速度越大，由飛行器向前飛行的速度所產(chǎn)生的空氣相對(duì)速度就會(huì)使螺旋槳的沖角變小。就會(huì)使通過(guò)螺旋槳的空氣變少，從而產(chǎn)生更小推力及發(fā)動(dòng)機(jī)更低的能量傳遞效率。 In figure 4-5中顯示出相對(duì)氣流氣流方向和螺旋槳方向，為了便于理解所有的角度都是放大的角度。但要知道所有的升力方向如以機(jī)翼或者螺旋槳為參考系看來(lái)都是垂直于來(lái)流方向的。如果沒(méi)有向前的速度的話，那么螺旋槳的

17、升力就是向前的。隨著飛行器自身速度的增加，升力便產(chǎn)生傾斜，變成部分升力來(lái)推動(dòng)飛行器的前進(jìn)。這顯然對(duì)于速度的提升是不利的。 固定距螺旋槳的效率取決于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度及飛行器的飛行速度。圖4-6是：螺旋槳在固定轉(zhuǎn)速下，根據(jù)不同飛行速度下產(chǎn)生不同傾斜角時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率圖。從圖中可以看出，在傾角固定不變時(shí)，效率變化隨意的同時(shí)，飛行速度卻僅在小范圍內(nèi)變化。正因如此，要想使固定距的螺旋槳有全方位良好狀態(tài)，就必須要相對(duì)較高的傾角。在特定高度下，發(fā)動(dòng)機(jī)的可用功取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)也是螺旋槳的轉(zhuǎn)速。因此高傾角導(dǎo)致在飛機(jī)起飛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能處在最佳轉(zhuǎn)速，提供全推力，且同樣的葉片使發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航速度下收小油門(mén)，防止其在轉(zhuǎn)速的過(guò)高值下工作。因此可以說(shuō)固定傾斜角螺旋槳是一種折衷的做法。 針對(duì)這種折衷的做法的一種解決辦法就是固定轉(zhuǎn)速螺旋槳。定速螺旋槳允許飛行員控制轉(zhuǎn)速和螺旋槳的傾斜角。定速螺旋槳就