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建筑知识
某喷气发动机，在尾喷管出口处，燃气流的温度为873K，燃气流速度为560m／s，燃气的等熵指数，K=1.33，气体常数R=287.4J／（kg·K），出口燃气流的声速______m／s及马赫数为___
某喷气发动机，在尾喷管出口处，燃气流的温度为873K，燃气流速度为560m／s，燃气的等熵指数，K=1.33，气体常数R=287.4J／（kg·K），出口燃气流的声速______m／s及马赫数为______。（）
A、577.7；0.97
B、577.7；1.03
C、492.7；0.94
D、592.7；1.06
【正确答案：C】
由声速公式，代入可得：；由马赫数与音速关系可得，。
| 小题1 “这一结构”指的是推力室的喷管部分做成先收敛后扩散的喇叭形状，收敛段的上端同燃烧室的下端平滑相连。 ②“此时”指燃气流在燃烧室压力作用下，经过喷管向后运动，进入喷管的收缩段时。（4分，各2分。意思符合。有欠缺酌扣。） 小题2①火箭底部既推力室的喷管部分做成先收敛后扩散的喇叭形状可以使燃气流速度因喷管截面积的变化而变化，从而使气流达到超音速； ②这样的结构可以使火箭发动机获得高喷速的燃气流,获得更大的推动力（4分，每点２分。意思符合。有欠缺酌扣。） 小题3采用列数据、作比较的说明方法，更具体准确的说明了被加速的然气流速度之大。（3分，说明方法1分，作用2分。） 小题4①是错的，因为火箭发动机中，燃气流在收缩段遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而当气流到达喷喉时，流速以超过了音速，超音速的流体在运动中则是截面积越大，流速越快。 ②是错的，应该是“推力室是火箭发动机的核心部分，一般由头部、燃烧室和喷管组成”，一般表示大部分情况下如此，这里用了“都是”变成了所有推力室都是这样组成，这就不能体现说明文语言的准确性。（3分，意思符合。有欠缺酌扣。） |
| 小题1试题分析：感知文本内容，从文章中提炼和概括信息，结合语言环境，联系上下文，找出称代性词语指代的内容。一般指的就是代词前面的那句话，找最近的一句话。有时要注意可能不是整句话，而是其中的一部分。 ①句中的“这一结构”指前一句的后半句“推力室的喷管部分做成先收敛后扩散的喇叭形状，收敛段的上端同燃烧室的下端平滑相连”。 ②句中的“此时”也是指前一句的后半句“燃气流在燃烧室压力作用下，经过喷管向后运动，进入喷管的收缩段”时。 点评：说明文的特点体现在科学性和准确性上，所以学会在原文中寻找答案至关重要，学生应培养这种解决问题的能力来突破说明文考题。 小题2试题分析：这道题可以从“火箭发动机设计的原理”和“拉瓦尔喷管的原理”中寻找答案。“火箭发动机设计的原理”：“把推力室的喷管部分在其结构上做成先收敛后扩散的喇叭形状，收敛段的上端同燃烧室的下端是平滑相连的。这一结构可使燃气流的速度因喷管横截面积的变化而变化，使气流从亚音速度到音速，直到加速至超音速。”（第④段）；“拉瓦尔喷管的原理”：选文第⑤段火箭底部像喇叭的结构可以使火箭发动机获得高喷速的燃气流,获得更大的推动力。 点评：从原文中提取信息时，一定要抓住关键的语句和关键词语。并根据设定的分值来判断是几个方面（当然内容的理解还是最主要的，分值是参考条件），并用简洁的切题的语言概括出来。 小题3试题分析：第⑤段划线句“在扩张段，燃气流的速度被进一步加速，为2～3公里/秒，相当于音速的7～8倍”中运用了列数据（2～3公里/秒； 7、～8倍）和作比较（“扩张段，燃气流的速度”与“音速”进行比较）的说明方法，具体准确的说明了被加速的然气流速度之大。 点评：分析说明文的说明方法以及作用是说明文常考的题型。解答此类题型，必须要结合文段的内容来分析说明方法，然后根据文章的内容或者文段的内容所体现出来的说明对象的特征来分析作用即可。 小题4试题分析：根据第⑤段中“而超音速的流体在运动中却不再遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反，截面积越大，流速越快。”分析①句是错误的。根据③段中“推力室是火箭发动机的核心部分，一般由头部、燃烧室和喷管组成。”分析②句也是错误的，“一般”表示大部分情况下如此，如去掉“一般”就变成“都是”，意思也就变成了所有推力室都是这样组成，这不符合实际，用了“一般”这个词体现了说明文语言的准确性。 点评：本题不难，文中有相关文字信息，可以比较阅读。了解文章内容，知道写什么，不仅要了解其中心内容，对围绕中心内容的表述说明，也可细读，判断它的含义，与中心内容的关系，读得细，也理解得透彻，对说明文尤其如此。 |
空气流进发动机后，沿进气道、压气机、燃烧室、涡轮到尾喷管喷出。
进气道
理论上说，在进气道中的流动是绝热等熵过程，气流的流动参数变化完全取决于进气道的通道界面变化规律。大多数民航发动机的高亚音速飞机，进气道时收敛形式或先扩散后收敛的，其目的是气体流进压气机时具有比较均匀的流场。先有点扩散，使气流速度略为降低，以提高静压；而后又有所收敛，使气流成为加速流动过程，保证进入压气机的流场的均匀性。总的来说，进气道中气流速度有所降低，因此，气流对进气道的轴向作用力是向前的。
压力机
压气机对空气施加作用力，将空气往后赶。由于压气机转子叶片对空气做功，作用在气流上的力使相对流速增大，提高气流的动能；气流通道本身呈扩散形，使气流的绝对速度降低，静压提高。在静子叶片扩散形的气流通道中，气流的绝对速度降低，静压提高。换句话说，空气压强沿压气机的流程逐步提高，流速则在压气机通道中发生不断地交替变化。但总趋势是流速逐步有所下降，温度逐步上升，密度也逐步增大。因此，无论静压或者动压，均使叶片受到气流的向前反作用力。故压气机部件受到的气流反作用力是轴向分力向前。
燃烧室
气体在燃烧室中发生燃烧反应，加热时等压过程（由于流动阻力等因素，压强略有下降），燃气温度急剧大幅度提高到1500K或更高。燃烧室中气体流动参数的变化是相当复杂的，在燃烧室中气体的流动是处于极为不均匀的流场状态。总的来说，由于燃气在离开燃烧室时的流速显著高于进口处的流速，因此，燃烧室所受到的气流反作用力也是向前的。
涡轮
燃气在涡轮中的流动参数的变化与在压气机中的流动相反。燃气流经涡轮喷嘴环和工作轮流程通道时，均为膨胀过程，密度降低，压强下降，温度也大幅度下降，流速则发生交替的巨大变化。
在喷嘴环中的燃气压力下降，速度大幅度提高，用来推动涡轮转子高速旋转。由于静压的显著下降，燃气作用在涡轮喷嘴环上的反作用力是向后的。在涡轮工作轮中，燃气的静压进一步下降，故而气流对涡轮转子的反作用力也是向后的。因此，燃气作用在涡轮部件上的反作用力均为向后的轴向力。
尾喷管
排气管道将排出的燃气引导为沿轴向流动的气流；燃气在尾喷管管内膨胀，尾喷口使气体以尽可能高的速度向后喷射，获得反作用推力。使发动机高速排气是靠足够的压力降，使燃气膨胀而获得的。压力下降造成的向后轴向力。然而，速度提高使喷管获得向前的反作用力超过了收缩喷口向后轴向力。
可调节的收敛-扩张喷管是随着飞行状态的变化，由马达带动作动筒拉杆，改变喷管临界截面积和出口截面积，使气流尽可能在出口处完全膨胀，达到最有效的推力效果。
因此可调节的收敛形尾喷管能使发动机在各种工况下都获得良好的性能，带加力的发动机必须采用可调节的尾喷管，保证在加力状态下相应地加大喷口。
目视可见的喷管尾部的收敛/扩张只是一部分动作，还有内部的喷管喉部临界截面积的改变，调节二者就是让燃气更好的膨胀加速做功，提高发动机效率。
原理1：
高压气体在管道中向低压方向流动时，会膨胀加速。同时流体又必须符合质量连续方程，也即是在任意截面出流过的质量流量必须相等（其实就是质量守恒定律），所以就存在最好的截面面积变化规律——它可以让气体在其内膨胀加速时，将尽量多的膨胀功转化为自身的动能——也就是效率最高。
当气体在当地音速（当地音速指气体此时的温度、气压对应下的音速）以下时，膨胀时让自身加速的速度，小于密度降低的速度，所以为了得到尽量高的速度。流道的截面就应该逐渐减小，至于减小的规律，就与气体初始温度、压力和比热比等参数有关了。
当气体超过当地音速的时候，情况变了。膨胀时让自身加速的速度，大于密度降低的速度，所以为了得到尽量高的速度。流道的截面就应该逐渐增大，与上述情况类似，截面增大的规律也与气体初始温度、压力和比热比等参数有关。
简而言之，当出口速度不超过当地音速的时候，需要使用收敛喷管，而当出口速度大于当地音速（或者说希望超过当地音速）的时候，就需要使用先收敛，再扩张的收-扩喷管。
原理2：
收敛-扩张炮喷管的前半部由大变小向中间收缩至一个窄喉。窄喉之后又由小变大向外扩张。燃气受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。
这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。
发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下，经过喷管向后运动，进入喷管前半部。在这一阶段，燃气运动遵循"流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。
当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。
喷管后半部分燃气流的速度被进一步加速，这样就产生了巨大的推力。拉瓦尔喷管实际上起到了一个"流速增大器"的作用。
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