現(xiàn)代噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)通過在高壓下燃燒燃料而獲取更高的效率，燃燒后氣體劇烈膨脹。膨脹率越大，則從氣體中提取的機(jī)械能就越大。
為使其能夠在高壓下燃燒，渦輪會(huì)將吸入的空氣壓縮至高壓。在這個(gè)過程中，會(huì)出現(xiàn)很多與我們直覺相悖的情況。
火焰速度會(huì)比你想象中的還要慢，每秒僅有幾十厘米。你走著都比它快。
燃燒室內(nèi)高壓空氣的運(yùn)動(dòng)速度也相當(dāng)?shù)穆突鹧嫠俣却笾孪嗤?。渦流促使新鮮的空氣/燃料混合物點(diǎn)火，而火焰穩(wěn)定器會(huì)使一些燃燒的空氣在這樣的渦流中重新再循環(huán)。
最大的壓力點(diǎn)在壓縮機(jī)壓縮氣體的最后階段。實(shí)際上，由于阻力的關(guān)系，氣體壓力在通過燃燒室時(shí)會(huì)降低一些。燃燒的燃料并不會(huì)增加氣體的壓力，而是增加氣體的溫度和體積。
正如大多數(shù)人知道的那樣，大型噴氣式飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。所吸入的空氣超過80%都會(huì)被輕微壓縮，然后瞬間膨脹，這使得前掠葉片成為了一個(gè)奇特的推進(jìn)器。
更為奇怪的是，剩余20%空氣中，只有一小部分是通過核心區(qū)用于燃燒的。其余空氣皆用于冷卻和保護(hù)引擎的受熱部位。
最后一點(diǎn)我再解釋一下哈。
燃燒室壓力越大，效率就越高。燃燒室壓力略低于壓縮機(jī)出口的壓力。在進(jìn)入燃燒室之前，壓縮機(jī)的壓力越大，空氣溫度就越高。而燃燒室會(huì)令受熱空氣的溫度更高。不過，氣體溫度會(huì)受到燃燒室后面第一個(gè)渦輪盤承受能力的限制。
因此，第一個(gè)渦輪盤必須具備極好的耐高溫性能。我認(rèn)為進(jìn)入第一個(gè)渦輪盤的氣體溫度大概在1600攝氏度左右，即合金的熔點(diǎn)溫度。渦輪葉片是中空的。從比燃燒室溫度低的壓縮機(jī)中出來的高溫高壓氣體，通過中心區(qū)域，并從前端的小孔排出。這種溫度相對(duì)較低的氣體在一定程度上對(duì)渦輪葉片形成了絕緣層，而中心流動(dòng)的氣體則在通過此處時(shí)帶走了熱量。
同樣的冷卻技術(shù)，氣體通過一個(gè)或兩個(gè)渦輪機(jī)一級(jí)一級(jí)的壓縮，未燃燒的邊界層氣體被用于燃燒室的大部分表面。在這之后，溫度可以調(diào)控的氣體便可以釋放出足夠的能量。
如果我們想獲得更高的燃燒室壓力，除了最大限度的提高燃燒室的出口溫度，還能怎么做呢?其中一個(gè)方法是減少加熱燃燒室內(nèi)的氣體，這樣壓縮機(jī)出口的溫度就會(huì)更高，也就有可能獲得更高的壓縮率。減少加熱氣體意味著在一定量的空氣中燃燒的燃料較少，從而增加空氣/燃料的混合比。所以，他們?yōu)榱诉_(dá)到高溫而燃燒混合了壓縮空氣的燃料，然后再混入更多的壓縮空氣，以使溫度降到1600攝氏度左右，或是降到第一個(gè)渦輪盤能夠承受的溫度。
另一種無需增加溫度而獲得更高壓力的方法是，通過某種方式冷卻進(jìn)氣溫度。人們研究的是鼓風(fēng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的中間冷卻器，鼓風(fēng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體經(jīng)由多級(jí)壓縮機(jī)之后，通過前端風(fēng)扇后面的中空葉片將熱量由旁路釋放掉。中間冷卻可以使壓縮機(jī)在相同的壓縮機(jī)出口溫度下達(dá)到更高的壓力。也許某一天這個(gè)方法真的會(huì)管用，但是就目前來看，流失掉的熱量并不是完全由輸出中所提取的額外能量構(gòu)成的。
還有一種更簡單的方法，就是在海拔更高的地區(qū)作業(yè)。因?yàn)楹０卧礁叩牡胤?，壓力越低，膨脹率越大。而且那種地方的空氣溫度也會(huì)更低，當(dāng)然了，也不會(huì)像你希望的那么低哈。因?yàn)榧偃缒阍诤０?5000英尺的地方壓縮-40攝氏度的空氣，你會(huì)得到類似海平面溫度的結(jié)果。如果你有什么溫度更低的東西，空氣就會(huì)像磚頭一樣掉落下來，除非來一場雷雨。
在這樣的背景條件下，有可能看到水在進(jìn)氣口所發(fā)生的變化。風(fēng)扇葉片會(huì)將大部分水珠在進(jìn)入燃燒室之前就扇進(jìn)旁通空氣中，而剩下的水珠就到達(dá)燃燒室之前就蒸發(fā)掉了。如果是像PT6渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)那樣的小型渦輪機(jī)，在其壓縮機(jī)葉片前裝有慣性分離器。我想這是為了給發(fā)動(dòng)機(jī)提供保護(hù)，防止出現(xiàn)未被蒸發(fā)的冰雪損傷發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。另外，我想小型PT6壓縮機(jī)葉片也禁受不起冰雹的洗禮，這和你在747發(fā)動(dòng)機(jī)面前看到大型發(fā)動(dòng)機(jī)CF34的葉片是一個(gè)道理。
需要注意的是低空地區(qū)，為高空飛行而做了優(yōu)化的壓縮機(jī)系統(tǒng)會(huì)將進(jìn)氣量壓縮到過高的溫度。為了降低壓縮比，壓縮空氣中的一部分必須被釋放掉。在噴氣式飛機(jī)發(fā)展早期，水作為一種臨時(shí)增加功率的方法，會(huì)在起飛過程中被注入吸進(jìn)的空氣中。蒸發(fā)使得進(jìn)氣溫度降低，因此在通過燃燒室時(shí)可以保留更多的空氣。即使燃燒室壓力與環(huán)境壓力比低于標(biāo)稱值，燃燒室的實(shí)際壓力值也會(huì)比標(biāo)稱值高得多。我認(rèn)為從渦輪后面出來的氣體是過度膨脹的，因此會(huì)低于環(huán)境壓力，但是溫度會(huì)非常高。廢氣中的多余能量有一部分會(huì)被轉(zhuǎn)化為紊流，這也是在注水時(shí)會(huì)聽到振動(dòng)聲的原因。
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