噴氣背包

雖然使用Jetlev噴氣飛行背包每天高達(dá)150英鎊(236.15美元)租金對(duì)很多人來(lái)說(shuō)仍太昂貴，但是這種相對(duì)較低的價(jià)格，至少能讓噴氣飛行背包技術(shù)普及開(kāi)來(lái)，不只局限于特別富有的人。Jetlev訓(xùn)練師迪安-奧馬雷說(shuō):"這款飛行背包其實(shí)相當(dāng)輕，大約只有9公斤，因此它不需要多大壓力就能讓你騰空飛上天。Jetlev噴氣飛行背包成功的關(guān)鍵是它需要擺脫背包里的設(shè)備的所有重量。"

水動(dòng)力噴氣飛行背包Jetlev R200有一條安全帶，用它能把使用者固定在飛行背包里，并有兩個(gè)可用來(lái)操縱和保持飛行器穩(wěn)定的手柄、一個(gè)控制速度的節(jié)流閥和兩個(gè)水流噴射器。由于每天的租金只有150英鎊(236.15美元)，因此可以用它訓(xùn)練飛行者、體驗(yàn)水上噴氣飛行、最終進(jìn)行"8"字形翻轉(zhuǎn)或進(jìn)行低空飛行，以便在水面上行走，甚至是不用手持的飛行?？梢宰獾竭@種設(shè)備的地方包括美國(guó)亞利桑那州的哈瓦蘇湖、內(nèi)華達(dá)州、夏威夷和佛羅里達(dá)，以及德國(guó)和新加坡。

不同類型的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論沖壓噴氣、脈沖噴氣、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪/沖壓噴氣或者渦輪-火箭，其差別僅在于"推力提供者"即發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)能量并將能量轉(zhuǎn)換成飛行動(dòng)力的方式。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(Ramjet)實(shí)際上是一種氣動(dòng)熱力涵道。它沒(méi)有任何主要旋轉(zhuǎn)零件，只 包含一個(gè)擴(kuò)張形進(jìn)氣涵道和一個(gè)收斂形或者收斂-擴(kuò)張形出口。當(dāng)由外部能源強(qiáng)迫其向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣被迫進(jìn)入進(jìn)氣道。當(dāng)它流過(guò)這一擴(kuò)散形涵道時(shí)，其速度或動(dòng)能降低，而壓力能增加。爾后，靠燃油的燃燒來(lái)增加其總能量，膨脹的燃?xì)馔ㄟ^(guò)出口涵道高速排入大氣。沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)常作為導(dǎo)彈和靶機(jī)的動(dòng)力裝置，但單純的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不適于作為普通飛機(jī)動(dòng)力裝置，因?yàn)樵谒a(chǎn)生推力前，要求向它施加向前的運(yùn)動(dòng)。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本身沒(méi)有活動(dòng)的部分，氣流從前端進(jìn)氣口進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之后，利用涵道截面積的變化，讓高速氣流降低，并且提高氣體壓力。壓縮過(guò)后的氣體進(jìn)入燃燒室，與燃料混合之后燃燒。由于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)維持運(yùn)作的一個(gè)重要條件就是高速氣流源源不絕的從前方進(jìn)入，因此發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法在低速或者是靜止下繼續(xù)運(yùn)作，只能在一定的速度以上才可以產(chǎn)生推力。為了讓沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)加速到適合的工作速度，必須有其他的輔助動(dòng)力系統(tǒng)自靜止或者是低速下提高飛行速度，然后才點(diǎn)燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

由于沒(méi)有活動(dòng)組件，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與一般噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)比較起來(lái)，重量較低，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，不過(guò)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的氣體壓縮效果有限，因此低速時(shí)效率比較差。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)適合的工作環(huán)境是在2馬赫與以上的速度，最低啟動(dòng)也大約是此界線，隨著速度逐漸增加，氣體的沖壓效應(yīng)在3馬赫時(shí)效率會(huì)大幅壓過(guò)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而此時(shí)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)受限于超溫往往已經(jīng)無(wú)法運(yùn)作了，但是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒的階段，進(jìn)氣氣流的速度仍然需要經(jīng)過(guò)激波減速在音速以下，否則燃燒過(guò)程將無(wú)法維持。新一代的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)稱為超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(Scramjet)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流在燃燒階段還是維持在音速以上的速度，在技術(shù)難度上更高，也是發(fā)動(dòng)機(jī)公司發(fā)展的對(duì)象。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速，使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。它通常由進(jìn)氣道(又稱擴(kuò)壓器)、燃燒室、推進(jìn)噴管三部組成。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有壓氣機(jī)(也就不需要燃?xì)鉁u輪)，所以又稱為不帶壓氣機(jī)的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣的方法，是靠飛行器高速飛行時(shí)的相對(duì)氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能(例如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，理論上可使空氣壓力提高37倍)。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)，高速氣流迎面向發(fā)動(dòng)機(jī)吹來(lái)，在進(jìn)氣道內(nèi)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后進(jìn)入燃燒室與燃油(一般為煤油)混合燃燒，將溫度提高到2000一2200℃甚至更高，高溫燃?xì)怆S后經(jīng)推進(jìn)噴管膨脹加速，由噴口高速排出而產(chǎn)生推力。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)，如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，在地面產(chǎn)生的靜推力可以超過(guò)2OO千牛。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒(méi)有壓氣機(jī)，不能在靜止的條件下起動(dòng)，所以不宜作為普通飛機(jī)的動(dòng)力裝置，而常與別的發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用，成為組合式動(dòng)力裝置。如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)組合等。安裝組合式動(dòng)力裝置的飛行器，在起飛時(shí)開(kāi)動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，待飛行速度足夠使沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的時(shí)，再使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)而關(guān)閉與之配合工作的發(fā)動(dòng)機(jī);在著陸階段，當(dāng)飛行器的飛行速度降低至沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作時(shí)，又重新起動(dòng)與之配合的發(fā)動(dòng)機(jī)。如果沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛行器的動(dòng)力裝置單獨(dú)使用時(shí)，則這種飛行器必須由其他飛行器攜帶至空中并具有一定速度時(shí)，才能將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后投放。

脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(Pulsejet)采用間歇燃燒原理。與沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不同，它能在靜止?fàn)顟B(tài)工作。這 種發(fā)動(dòng)機(jī)是由類似沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一種空氣動(dòng)力涵道構(gòu)成。它的壓力較高，結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)實(shí)。進(jìn)氣涵道有許多進(jìn)氣"活門"，在彈簧拉力作用下處于打開(kāi)位置，通過(guò)打開(kāi)的活門空氣進(jìn)入燃燒室，并靠燃燒噴入燃燒室中去的燃油得到加熱，由此引起的膨脹使壓力升高，迫使活門關(guān)閉，然后膨脹的燃?xì)庀蚝髧姵?排氣造成降壓，使活門重新開(kāi)啟。這種過(guò)程周而復(fù)始。脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)曾經(jīng)被設(shè)計(jì)成直升機(jī)旋翼的推進(jìn)裝置，有的還通過(guò)精心設(shè)計(jì)涵道來(lái)控制共振循環(huán)的壓力變化而省去了進(jìn)氣活門。但脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)不適于作為飛機(jī)動(dòng)力裝置，因?yàn)樗挠秃母撸譄o(wú)法達(dá)到現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(Rocket)雖然也屬于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但它們有重大區(qū)別。即火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不用大氣作為推進(jìn)流體，而用它攜帶的液態(tài)燃料或化學(xué)分解而形成的燃料與氧氣劑的燃燒來(lái)產(chǎn)生它自己的推進(jìn)流體，從而能在地球大氣層外工作，但因此它也只適用工作時(shí)間很短的情況比較適合用于緊急動(dòng)力系統(tǒng)。特點(diǎn)是推力大油耗高，不受工作速度影響。

渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于噴氣推進(jìn)避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)固有的弱點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧藴u輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)，因此在低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)也有足夠的壓力來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大的推力。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按照"工作循環(huán)"工作。它從大氣中吸進(jìn)空氣，經(jīng)壓縮和加熱這一過(guò)程之后，得到能量和動(dòng)量的空氣以高達(dá)2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(shí)(2253公里/小時(shí))的速度從推進(jìn)噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持"工作循環(huán)"。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械布局比較簡(jiǎn)單，因?yàn)?它只包含兩個(gè)主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機(jī)和渦輪，還有一個(gè)或者若干個(gè)燃燒室。然而，并非這種發(fā)動(dòng)機(jī)的所有方面都具有這種簡(jiǎn)單性，因?yàn)闊崃蜌鈩?dòng)力問(wèn)題是比較復(fù)雜的。這些問(wèn)題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過(guò)壓氣機(jī)和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃?xì)獠⑿纬赏七M(jìn)噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作造成的。

飛機(jī)速度低于大約450英里/小時(shí)(724公里/小時(shí))時(shí)，純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低于螺旋槳型發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，因?yàn)樗耐七M(jìn)效率在很大程度上取決于它的飛行速度;因而，純渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最適合較高的飛行速度。然而，由于螺旋槳的高葉尖速度造成的氣流擾動(dòng)，在350英里/小時(shí)(563公里/小時(shí))以上時(shí)螺旋槳效率迅速降低。這些特性使得一些中等速度飛行的飛機(jī)不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)(Turboprop)的優(yōu)越性在一定程度上被內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)、涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和槳 扇發(fā)動(dòng)機(jī)的引入所取代。

這些發(fā)動(dòng)機(jī)比純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)流量大而噴氣速度低，因而，其推進(jìn)效率超過(guò)了純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率。低速推力大，巡航速度相對(duì)渦輪噴氣油耗低，介于渦扇與活塞螺旋槳之間。

渦輪沖壓噴氣

渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)將渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(它常用于馬赫數(shù)低于3的各種速度)與沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合起來(lái)，在高馬赫數(shù)時(shí)具有良好的性能。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的周圍是一涵道，前部具有可調(diào)進(jìn)氣道，后部是帶可調(diào)噴口的加力噴管。起飛和加速、以及馬赫數(shù)3以下的飛行狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)用常規(guī)的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式;當(dāng)飛機(jī)加速到馬赫數(shù)3以上時(shí)，其渦輪噴氣機(jī)構(gòu)被關(guān)閉，氣道空氣借助于導(dǎo)向葉片繞過(guò)壓氣機(jī)，直接流入加力噴管，此時(shí)該加力噴管成為沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)適合要求高速飛行并且維持高馬赫數(shù)巡航狀態(tài)的飛機(jī)，在這些狀態(tài)下，該發(fā)動(dòng)機(jī)是以沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)方式工作的，

渦輪/火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

與渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，一個(gè)重要的差異在于它自備燃燒用的氧。這種發(fā)動(dòng)機(jī)有一多級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)的低壓壓氣機(jī)，而驅(qū)動(dòng)渦輪的功率是在火箭型燃燒室中燃燒燃料和液氧產(chǎn)生的。因?yàn)槿細(xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)3500度，在燃?xì)膺M(jìn)入渦輪前，需要用額外的燃油噴入燃燒室以供冷卻。然后這種富油混合氣(燃?xì)?用壓氣機(jī)流來(lái)的空氣稀釋，殘余的燃油在常規(guī)加力系統(tǒng)中燃燒。雖然這種發(fā)動(dòng)機(jī)比渦輪/沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)小且輕，但是，其油耗更高。這種趨勢(shì)使它比較適合截?fù)魴C(jī)或者航天器的發(fā)射載機(jī)。這些飛機(jī)要求具有高空高速性能，通常需要有很高的加速性能而無(wú)須長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)可能很適合單級(jí)入軌火箭/飛機(jī)(SSTO)使用，因?yàn)樗谋葲_相對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要高，但推力也足夠大，可以在高空工作，所以還是很有發(fā)展前景的。

有一個(gè)特性就是這種發(fā)動(dòng)機(jī)理論上可以在無(wú)氧大氣環(huán)境下工作，因?yàn)樗梢圆缓痛髿獬煞职l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以這種發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)用于未來(lái)的外行星飛機(jī)。