噴氣冷卻器

不同類型的噴氣發(fā)動機，無論沖壓噴氣、脈沖噴氣、燃氣輪機、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)動機供應能量并將能量轉(zhuǎn)換成飛行動力的方式。

沖壓噴氣發(fā)動機(Ramjet)實際上是一種氣動熱力涵道。它沒有任何主要旋轉(zhuǎn)零件，只 包含一個擴張形進氣涵道和一個收斂形或者收斂-擴張形出口。當由外部能源強迫其向前運動時，空氣被迫進入進氣道。當它流過這一擴散形涵道時，其速度或動能降低，而壓力能增加。爾后，靠燃油的燃燒來增加其總能量，膨脹的燃氣通過出口涵道高速排入大氣。沖壓噴氣發(fā)動機常作為導彈和靶機的動力裝置，但單純的沖壓噴氣發(fā)動機不適于作為普通飛機動力裝置，因為在它產(chǎn)生推力前，要求向它施加向前的運動。

沖壓發(fā)動機本身沒有活動的部分，氣流從前端進氣口進入發(fā)動機之后，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。壓縮過后的氣體進入燃燒室，與燃料混合之后燃燒。由于沖壓發(fā)動機維持運作的一個重要條件就是高速氣流源源不絕的從前方進入，因此發(fā)動機無法在低速或者是靜止下繼續(xù)運作，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)動機加速到適合的工作速度，必須有其他的輔助動力系統(tǒng)自靜止或者是低速下提高飛行速度，然后才點燃沖壓發(fā)動機。

由于沒有活動組件，沖壓發(fā)動機與一般噴氣發(fā)動機比較起來，重量較低，結(jié)構(gòu)也比較簡單，不過沖壓發(fā)動機在低速時的氣體壓縮效果有限，因此低速時效率比較差。

沖壓發(fā)動機適合的工作環(huán)境是在2馬赫與以上的速度，最低啟動也大約是此界線，隨著速度逐漸增加，氣體的沖壓效應在3馬赫時效率會大幅壓過渦輪噴氣發(fā)動機，而此時的渦輪噴氣發(fā)動機受限于超溫往往已經(jīng)無法運作了，但是沖壓發(fā)動機在燃燒的階段，進氣氣流的速度仍然需要經(jīng)過激波減速在音速以下，否則燃燒過程將無法維持。新一代的沖壓發(fā)動機稱為超音速燃燒沖壓發(fā)動機(Scramjet)，這種發(fā)動機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)動機公司發(fā)展的對象。

沖壓噴氣發(fā)動機是一種利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速，使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發(fā)動機。它通常由進氣道(又稱擴壓器)、燃燒室、推進噴管三部組成。沖壓發(fā)動機沒有壓氣機(也就不需要燃氣渦輪)，所以又稱為不帶壓氣機的空氣噴氣發(fā)動機。

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

沖壓發(fā)動機的構(gòu)造簡單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒有壓氣機，不能在靜止的條件下起動，所以不宜作為普通飛機的動力裝置，而常與別的發(fā)動機配合使用，成為組合式動力裝置。如沖壓發(fā)動機與火箭發(fā)動機組合，沖壓發(fā)動機與渦噴發(fā)動機或渦扇發(fā)動機組合等。安裝組合式動力裝置的飛行器，在起飛時開動火箭發(fā)動機、渦噴或渦扇發(fā)動機，待飛行速度足夠使沖壓發(fā)動機正常工作的時，再使用沖壓發(fā)動機而關(guān)閉與之配合工作的發(fā)動機;在著陸階段，當飛行器的飛行速度降低至沖壓發(fā)動機不能正常工作時，又重新起動與之配合的發(fā)動機。如果沖壓發(fā)動機作為飛行器的動力裝置單獨使用時，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，才能將沖壓發(fā)動機起動后投放。

脈沖噴氣發(fā)動機(Pulsejet)采用間歇燃燒原理。與沖壓噴氣發(fā)動機不同，它能在靜止狀態(tài)工作。這 種發(fā)動機是由類似沖壓噴氣發(fā)動機的一種空氣動力涵道構(gòu)成。它的壓力較高，結(jié)構(gòu)比較堅實。進氣涵道有許多進氣"活門"，在彈簧拉力作用下處于打開位置，通過打開的活門空氣進入燃燒室，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，然后膨脹的燃氣向后噴出;排氣造成降壓，使活門重新開啟。這種過程周而復始。脈沖噴氣發(fā)動機曾經(jīng)被設計成直升機旋翼的推進裝置，有的還通過精心設計涵道來控制共振循環(huán)的壓力變化而省去了進氣活門。但脈沖噴氣發(fā)動機不適于作為飛機動力裝置，因為它的油耗高，又無法達到現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機的性能。

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

渦輪噴氣式發(fā)動機應用于噴氣推進避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動機固有的弱點，因為采用了渦輪驅(qū)動的壓氣機，因此在低速時發(fā)動機也有足夠的壓力來產(chǎn)生強大的推力。渦輪噴氣發(fā)動機按照"工作循環(huán)"工作。它從大氣中吸進空氣，經(jīng)壓縮和加熱這一過程之后，得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)的速度從推進噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動機時，同時帶動壓氣機和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持"工作循環(huán)"。渦輪發(fā)動機的機械布局比較簡單，因為 它只包含兩個主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機和渦輪，還有一個或者若干個燃燒室。然而，并非這種發(fā)動機的所有方面都具有這種簡單性，因為熱力和氣動力問題是比較復雜的。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃氣并形成推進噴氣流的排氣系統(tǒng)的設計工作造成的。

飛機速度低于大約450英里/小時(724公里/小時)時，純噴氣發(fā)動機的效率低于螺旋槳型發(fā)動機的效率，因為它的推進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)動機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，在350英里/小時(563公里/小時)以上時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不用純渦輪噴氣裝置而采用螺旋槳和燃氣渦輪發(fā)動機的組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)動機。

渦輪螺旋槳發(fā)動機(Turboprop)的優(yōu)越性在一定程度上被內(nèi)外涵發(fā)動機、涵道風扇發(fā)動機和槳 扇發(fā)動機的引入所取代。

這些發(fā)動機比純噴氣發(fā)動機流量大而噴氣速度低，因而，其推進效率超過了純噴氣發(fā)動機的推進效率。低速推力大，巡航速度相對渦輪噴氣油耗低，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)動機將渦輪噴氣發(fā)動機(它常用于馬赫數(shù)低于3的各種速度)與沖壓噴氣發(fā)動機結(jié)合起來，在高馬赫數(shù)時具有良好的性能。這種發(fā)動機的周圍是一涵道，前部具有可調(diào)進氣道，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)動機用常規(guī)的渦輪噴氣式發(fā)動機的工作方式;當飛機加速到馬赫數(shù)3以上時，其渦輪噴氣機構(gòu)被關(guān)閉，氣道空氣借助于導向葉片繞過壓氣機，直接流入加力噴管，此時該加力噴管成為沖壓噴氣發(fā)動機的燃燒室。這種發(fā)動機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，在這些狀態(tài)下，該發(fā)動機是以沖壓噴氣發(fā)動機方式工作的，

渦輪/火箭發(fā)動機

與渦輪/沖壓噴氣發(fā)動機的結(jié)構(gòu)相似，一個重要的差異在于它自備燃燒用的氧。這種發(fā)動機有一多級渦輪驅(qū)動的低壓壓氣機，而驅(qū)動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。因為燃氣溫度可高達3500度，在燃氣進入渦輪前，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(燃氣)用壓氣機流來的空氣稀釋，殘余的燃油在常規(guī)加力系統(tǒng)中燃燒。雖然這種發(fā)動機比渦輪/沖壓噴氣發(fā)動機小且輕，但是，其油耗更高。這種趨勢使它比較適合截擊機或者航天器的發(fā)射載機。這些飛機要求具有高空高速性能，通常需要有很高的加速性能而無須長的續(xù)航時間。

這種發(fā)動機可能很適合單級入軌火箭/飛機(SSTO)使用，因為它的比沖相對火箭發(fā)動機要高，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。

有一個特性就是這種發(fā)動機理論上可以在無氧大氣環(huán)境下工作，因為它可以不和大氣成分發(fā)生化學反應，所以這種發(fā)動機可能會用于未來的外行星飛機。

由兩只相同面積的冷油器和三通閥裝置構(gòu)成，一只工作，一只備用，每個冷卻器能承擔整個系統(tǒng)的冷卻負荷，管板一頭固定，一頭浮動、可拆卸的管束和水室箱蓋，便于運行過程中清洗、檢查和維修。冷卻器的材質(zhì)，根據(jù)使用場所、水系統(tǒng)條件可有多種選擇。