비행기는 어떤 원리로 날았습니까? 비행기의 엔진은 어떤 원리입니까?

비행기는 동력장치에 의해 전진동력을 생산하고, 고정날개에 의해 양력을 발생시켜 대기권에서 비행하는 공기보다 무거운 항공기이다. 공기보다 무겁고 새처럼 날개를 펄럭일 수는 없지만 비행기는 공중으로 올라갈 수 있다. 원래 비행기 날개는 평평하게 뻗은 것이 아니라 위로 솟아올라 비행기가 수평으로 전진할 때 정면으로 오는 기류가 날개에 위로 올라오는 양력을 발생시켜 비행기가 공중으로 올라갈 수 있게 했다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) 비행기가 더 빨리 날수록 날개 면적이 커질수록 더 큰 양력이 생기기 때문에 비행기는 이륙하기 전에 공항 활주로에서 일정 거리를 걸어야 이륙할 수 있고, 비행기는 공기가 없는 곳으로 날아갈 수 없다.

초기 비행기는 기체 전면의 프로펠러 회전으로 견인력을 만들어 앞으로 이동했다. 프로펠러는 견인력이 크지 않아 비행기의 비행 속도도 빠르지 않다. 1939 년 8 월 27 일, 최초의 제트기가 성공적으로 비행하여 비행기의 비행 속도를 크게 높였다. 제트 엔진은 흡입한 공기를 압축한 후 연료와 섞어서 연소하여 고온고압가스를 형성하여 뒤로 뿜어내어 강력한 추진력을 만들어 비행기가 고속으로 비행할 수 있게 한다.

현재 비행기의 비행 속도는 소리가 공기 중에 퍼지는 속도 (초당 340 미터) 보다 몇 배 더 빠르며, 이런 비행기를 운전하면 단 10 여 시간 만에 지구 적도를 한 바퀴 돌 수 있다. 이런 비행기를 초음속 비행기라고 한다. 초음속 비행기를 만드는 데는 첨단 제트 엔진뿐만 아니라 비행기의 제조 재료, 비행기의 외형 설계 등에서 높은 요구 사항을 충족해야 하는 매우 복잡한 기술이다. 현재 선진 전투기, 정찰기 외에 일부 대형 여객기도 초음속 비행기다. 하지만 프로펠러 비행기는 탈락하지 않았으며, 살충제 살포, 산불 예방과 같은 고속 비행이 필요하지 않은 많은 작업에서 프로펠러 비행기는 여전히 중요한 역할을 하고 있습니다. 제트 엔진 원리 및 몇 가지 작동 방식

제트 추진 원리

가스 추진은 이삭 뉴턴 경의 제 3 운동 법칙의 실제 응용이다. 이 법칙은 "한 물체에 작용하는 모든 힘은 반대 방향으로 크기가 같은 반작용력을 가지고 있다" 고 말했다. 비행기 추진의 경우,' 물체' 는 엔진을 통과할 때 가속되는 공기이다. 이 가속도를 생성하는 데 필요한 힘은 크기가 같은 방향의 반대 반작용력이 이 가속도를 생성하는 장치에 작용한다. 제트 엔진은 엔진/프로펠러 조합과 유사한 방식으로 추진력을 생성합니다. 둘 다 대량의 가스를 뒤로 밀면서 비행기를 추진한다. 하나는 비교적 저속의 대량의 공기 미끄럼을 비교하는 형식이고, 다른 하나는 매우 빠른 가스 분출 기류 형식이다.

이 같은 반작용 원리는 모든 운동 형태에서 발생하며, 일반적으로 여러 가지 응용방법이 있다. 제트 반작용의 가장 초기의 유명한 예는 기원전 120 년 장난감으로 생산된 헤로의 엔진이다. 이 장난감은 노즐에서 뿜어져 나오는 수증기의 에너지가 크기가 같은 방향의 반대 반작용력을 노즐 자체에 전달해 엔진 회전을 일으킨다는 것을 보여준다. 비슷한 회전식 정원 스프링클러는 이 원리가 더 실용적인 예이다. 이런 스프링클러는 스프링클러에 작용하는 반작용력으로 회전한다. 현대 소화 설비의 고압 스프링클러는' 스프레이 반응' 의 한 예이다. 물 분사의 반작용력으로 소방관은 종종 수도관을 잡지 못하거나 통제할 수 없다. 아마도 이 원리의 가장 간단한 공연은 카니발 풍선이다. 공기나 가스를 방출하면 제트와 반대 방향으로 빠르게 날아간다.

제트 반작용은 확실히 일종의 내부 현상이다. 사람들이 자주 상상하는 것처럼 공기 분사가 대기에 작용하는 압력으로 인한 것이라고 말하는 것은 아니다. (아리스토텔레스, 니코마코스 윤리학, 생각명언) 실제로 제트 추진 엔진은 로켓, 펀치 제트, 터보 제트 등 공기 흐름이나 가스 흐름을 가속화하고 고속으로 배출하도록 설계된 장치입니다. 물론 이렇게 하는 데는 다른 방법이 있다. 그러나 모든 경우 엔진에 작용하는 최종 반작용력, 즉 추진력은 엔진에서 배출되는 기류의 질량과 기류의 속도에 비례한다.

즉, 대량의 공기에 작은 속도를 붙이거나 소량의 공기에 큰 속도를 주면 같은 추진력을 제공할 수 있다. 실용적으로 사람들은 전자를 좋아한다. 제트 속도를 낮추면 더 높은 추진 효율을 얻을 수 있기 때문이다.

제트 추진의 여러 가지 방법

제트, 펄스 제트, 가스 터빈, 터빈/펀치 제트 또는 터빈-로켓에 관계없이 다양한 유형의 제트 엔진은 "추력 제공자" 즉 엔진이 에너지를 공급하고 에너지를 비행 동력으로 변환하는 방법에만 차이가 있습니다.

펀치 제트 엔진은 실제로 일종의 공압열 통로이다. 여기에는 주요 회전 부품이 없으며 하나의 확장 유입구와 하나의 수렴 또는 수렴-확장 출구만 포함됩니다. 외부 에너지원이 앞으로 움직이도록 강요할 때 공기는 어쩔 수 없이 입구로 들어간다. 그것이 이 확산형 수로를 통과할 때, 그 속도나 운동에너지는 낮아지고, 압력은 증가할 수 있다. 그 후 연료의 연소로 총 에너지를 늘리고, 팽창한 가스는 출구를 통해 고속으로 대기로 배출된다. 펀치 제트 엔진은 종종 미사일과 표적기의 동력 장치로 사용되지만, 단순한 펀치 제트 엔진은 일반 항공기 동력 장치로 적합하지 않다. 추진력이 생기기 전에 앞으로 나아가는 운동을 요구하기 때문이다.

펄스 제트 엔진은 간헐 연소 원리를 사용합니다. 펀치 제트 엔진과 달리, 그것은 정지 상태에서 작동할 수 있다. 이런 엔진은 제트 엔진을 스탬핑하는 일종의 공기 동력 수로로 구성되어 있다. 압력이 높고 구조가 견고하다. 흡입구에는 많은 흡기' 활문' 이 있는데, 스프링 당기기 작용으로 열린 위치에 있고, 열린 활문 공기를 통해 연소실로 들어가고, 연소실에 분사되는 연료로 가열되어, 이로 인한 팽창으로 압력이 높아지고, 활문이 닫히게 되고, 팽창한 가스가 뒤로 뿜어져 나온다. 배기로 인해 압력이 낮아져 활문이 다시 열렸다. 이런 과정은 반복된다. 펄스 제트 엔진은 헬리콥터 로터의 추진장치로 설계되었고, 어떤 것은 수로를 세심하게 설계하여 * * * 진동 주기의 압력 변화를 제어함으로써 흡기 활문을 절약했다. 그러나 펄스 제트 엔진은 항공기 동력 장치로 적합하지 않다. 연료 소비가 높고 현대 가스 터빈 엔진의 성능에 도달할 수 없기 때문이다.

로켓 엔진도 제트 엔진에 속하지만 큰 차이가 있다. 로켓 엔진은 대기를 추진유체로 사용하지 않고 휴대하는 액체연료나 화학분해로 형성된 연료와 산소제의 연소로 자신의 추진유체를 만들어 지구 대기 밖에서 일할 수 있도록 하지만, 근무 시간이 매우 짧은 상황에만 적용된다.

터보 제트 엔진은 제트 추진에 적용되어 로켓과 펀치 제트 엔진의 고유한 약점을 피한다. 터빈 구동 압축기가 채택돼 저속 시 엔진도 강한 추진력을 발생시킬 수 있는 충분한 압력을 가지고 있다. 터보 제트 엔진은 "작업주기" 에 따라 작동합니다. 그것은 대기에서 공기를 들이마시고 압축 및 가열 과정을 거친 후 에너지와 운동량을 얻는 공기는 최대 2000 피트/초 (610m/초) 또는 약 1400 마일/시간 (2253km/시간) 의 속도로 추진 노즐에서 배출된다. 고속 제트 기류가 엔진을 뿜어낼 때, 동시에 압축기와 터빈을 움직이면서 회전을 계속하여' 작업주기' 를 유지한다. 터빈 엔진의 기계적 레이아웃은 두 가지 주요 회전 부분, 즉 압축기와 터빈, 하나 또는 여러 개의 연소실만 포함하기 때문에 비교적 간단합니다. 그러나, 이런 엔진의 모든 방면이 이런 단순성을 가지고 있는 것은 아니다. 왜냐하면 열과 공기 동력 문제는 비교적 복잡하기 때문이다. 이러한 문제는 연소실과 터빈의 높은 작동 온도, 압축기와 터빈 블레이드를 통해 끊임없이 변하는 공기 흐름, 가스를 배출하고 제트 기류를 촉진하는 배기 시스템의 설계 작업으로 인해 발생합니다.

비행기의 속도가 약 450 마일/시간 (724km/시간) 미만이면 순수 제트 엔진의 효율이 프로펠러형 엔진의 효율보다 낮습니다. 그 추진 효율은 비행 속도에 크게 좌우되기 때문입니다. 따라서 순수 터빈 제트 엔진은 높은 비행 속도에 가장 적합합니다.

하지만 프로펠러의 높은 잎 끝 속도로 인한 기류 교란으로 인해 350 마일/시간 (563km/시간) 이상 프로펠러의 효율성이 빠르게 떨어집니다. 이러한 특성으로 인해 중간 속도로 비행하는 일부 항공기는 순수 터빈 제트 장치 대신 프로펠러와 가스 터빈 엔진의 조합인 터빈 프로펠러 엔진을 사용할 수 있습니다.

프로펠러/터빈 조합의 우월성은 어느 정도 내부 및 외부 암거 엔진, 덕트 팬 엔진 및 패들 팬 엔진의 도입으로 대체되었습니다. 이러한 엔진은 순수 제트 엔진보다 유량이 많고 제트 속도가 낮기 때문에, 그 추진 효율은 터빈 프로펠러 엔진과 비슷하며 순수 제트 엔진의 추진 효율을 능가한다.

터빈/펀치 제트 엔진은 터보 제트 엔진 (일반적으로 마하 수가 3 보다 낮은 다양한 속도에 사용됨) 과 펀치 제트 엔진을 결합하여 높은 마하 수에서 우수한 성능을 제공합니다. 이 엔진의 주위는 한 통로로, 앞부분에는 조절식 흡입구가 있고, 뒤쪽에는 조절식 노즐이 있는 가력 노즐이 있다. 이륙과 가속, 마하수 3 이하의 비행 상태에서 엔진은 일반적인 터빈 제트 엔진의 작동 방식을 사용합니다. 비행기가 마하수 3 이상으로 가속되면 터빈 제트기구가 닫히고 공기도 공기가 가이드 베인을 통해 압축기를 우회하여 직접 가력 노즐로 유입되는데, 이때 가력 노즐은 펀치 제트 엔진의 연소실이 된다. 이 엔진은 고속 비행을 요구하고 고마하수 순항 상태를 유지해야 하는 비행기에 적합하며, 이 상태에서는 제트 엔진을 스탬핑하는 방식으로 작동한다.

터빈/로켓 엔진은 터빈/펀치 제트 엔진의 구조와 유사하며, 한 가지 중요한 차이점은 자체 연소용 산소를 가지고 있다는 것입니다. 이 엔진에는 다단 터빈 구동 저압 압축기가 있으며, 구동 터빈의 전력은 로켓 연소실에서 연료와 액체 산소를 연소시켜 발생한다. 가스 온도는 최대 3500 도까지 올라갈 수 있기 때문에 가스가 터빈에 들어가기 전에 냉각을 위해 추가 연료를 연소실에 분사해야 한다. 그런 다음이 풍부한 오일 혼합물 (가스) 은 압축기에서 흐르는 공기로 희석되고, 나머지 연료는 기존 애프터시스템에서 연소됩니다. 이 엔진은 터빈/펀치 제트 엔진보다 작고 가볍지만 연료 소비가 더 많다. 이러한 추세는 그것을 요격기나 우주선의 발사기에 더 적합하게 한다. 이 비행기들은 고공 고속 성능을 요구하며, 일반적으로 긴 항속 없이 높은 가속 성능을 필요로 한다.