Động_cơ_phản_lực không_khí Động_cơ_phản_lực không_khí jet engine là một kiểu động_cơ sử_dụng sức đẩy phản_lực trong đó nhờ luồng khí phụt ra phía sau ở vận_tốc cao để tạo ra phản_lực đẩy phương_tiện về phía trước theo định_luật 3 Newton_Trong khi động_cơ sử_dụng sức đẩy phản_lực mang nghĩa rộng hơn có_thể kể đến bao_gồm động_cơ tên_lửa động_cơ_phản_lực nước động_cơ_lực đẩy hybrid thì thuật_ngữ động_cơ_phản_lực không_khí chỉ bao_gồm các động_cơ hoạt_động trong môi_trường không_khí như động_cơ turbojet turbofan ramjet hay động_cơ_phản_lực không_khí dạng xung pulse jet Động_cơ_phản_lực lấy không_khí từ môi_trường khí_quyển bên ngoài air breathing từ đây gọi tắt là hút khí ngoài thông_thường có một khoang có các cánh_quạt đảm_nhận nhiệm_vụ nén khí_các cánh_quạt này được dẫn_động bởi turbine cùng với năng_lượng từ dòng khí phụt qua miệng xả ống đẩy propelling nozzle quá_trình này còn được gọi dưới cái tên chu_trình nhiệt_động_học Brayton_Vào đầu kỷ_nguyên máy_bay_phản_lực các máy_bay sử_dụng động_cơ tuốc bin phản_lực luồng turbojet cũng là loại động_cơ_phản_lực có thiết_kế đơn_giản loại động_cơ này không hiệu_quả khi bay ở tốc_độ nhỏ hơn tốc_độ âm_thanh Phần_lớn các máy_bay chở khách bay dưới tốc_độ âm hiện_nay thường sử_dụng động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt có tỉ_lệ không_khí chảy xung_quanh lượng không_khí nạp vào lõi động_cơ cao high bypass rất phức_tạp Máy_bay sử_dụng động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt có tốc_độ bay lớn hơn và hiệu_suất sử_dụng nhiên_liệu tốt hơn động_cơ piston và động_cơ cánh_quạt khi máy_bay phải bay chặng hành_trình dài Các động_cơ_phản_lực lấy khí ngoài đặc_biệt được sử_dụng trên các phương_tiện bay tốc_độ cao động_cơ_phản_lực dòng thẳng và động_cơ_phản_lực tĩnh siêu_âm scramjet sử_dụng hiệu_ứng búa thuỷ_động ram effect khi phương_tiện bay ở tốc_độ cao để nén khí thay cho cơ_cấu nén khí bằng cánh_quạt thông_thường_Lực đẩy của động_cơ_phản_lực không_khí thông_thường từ động_cơ tuốc bin phản_lực luồng de Havilland_Ghost giai_đoạn những năm 1950s cho tới động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt General_Electric GE90 ra_đời những năm 1990s và độ tin_cậy của chúng tăng từ 40 lần ngừng động_cơ mỗi 100 000 h bay cho tới ít hơn 1 lần ngưng động_cơ cho mỗi 100 000 h bay vào cuối những năm 1990 Điều này cùng với sự tiết_giảm lượng nhiên_liệu tiêu_thụ đã giúp các chuyến bay vượt Đại_Tây_dương bằng máy_bay chở khách hai động_cơ được chấp_nhận rộng_rãi khi bước sang thiên_niên_kỷ mới khi mà các chuyến bay tương_tự trước_đây bắt_buộc phải thực_hiện tiếp nhiên_liệu thường_xuyên trên đường_bay Lịch_sử Nguyên_lý của động_cơ_phản_lực không_khí không phải là một khái_niệm mới tuy_nhiên phải đến thế_kỷ 20 thì những tiến_bộ về kỹ_thuật mới khiến cho ý_tưởng về động_cơ_phản_lực không_khí trở_thành hiện_thực Một mô_hình thô_sơ áp_dụng nguyên_lý phản_lực là aeolipile được mô_tả bởi Hero of Alexandria thế_kỷ thứ nhất sau công_nguyên Ai_Cập thuộc La_Mã_Thiết bị này dẫn trực_tiếp hơi_nước qua hai miệng phụt làm quay quả cầu quanh trục Đây là một thiết_bị lạ_thường vào thời_điểm đó Các ví_dụ về turbine ta có_thể thấy trực_tiếp ở bánh_xe chạy bằng nước hoặc các cối_xay_gió_Lực đẩy phản_lực cũng được áp_dụng trong việc sử_dụng thuốc_súng đốt cháy tạo thành_khí đẩy các mũi_tên bay về phía kẻ địch được người Trung_Quốc phát_minh vào thế_kỷ 13 Ban_đầu thuốc_súng được sử_dụng trong việc chế_tạo pháo_hoa nhưng đã dần trở_thành một thứ vũ_khí nguy_hiểm Nguyên_lý mà người Trung_Quốc áp_dụng trong các mũi_tên lửa và pháo_hoa tương_tự như nguyên_lý của động_cơ_phản_lực khí hiện_nay Năm 1551 Taqi ad_Din_Muhammad ibn Ma ruf người thuộc tỉnh Ai_Cập Đế_quốc Ottoman đã phát_minh ra đòn_bẩy được dẫn_động bằng tuốc bin hơi_nước Đây là một thiết_bị sử_dụng nguyên_lý phản_lực thực_tiễn đầu_tiên một thiết_bị tương_tự cũng được mô_tả bởi John_Wilkins vào năm 1648 Vào năm 1633 một người lính Ottoman tên là Lagâri_Hasan_Çelebi đã sử_dụng một tên_lửa có dạng hình côn Nỗ_lực đầu_tiên trong việc thiết_kế động_cơ_phản_lực không_khí thực_tế là động_cơ hybrid trong đó sử_dụng một nguồn năng_lượng từ bên ngoài để nén khí sau đó trộn lẫn khí nén với nhiên_liệu và đốt cháy chúng tạo ra lực đẩy Động_cơ sử_dụng trên Caproni_Campini_N 1 cùng với động_cơ_phản_lực Tsu 11 của Nhật dự_định sử_dụng trên máy_bay kamikaze Yokosuka MXY7 Ohka đều không phát_triển thành_công Ngay trước khi diễn ra chiến_tranh thế_giới II các kỹ_sư đã nhận thấy giới_hạn của máy_bay động_cơ cánh_quạt lúc đó do giới_hạn về hiệu_suất của cánh_quạt mà theo đó tốc_độ đầu cánh_quạt không_thể vượt quá tốc_độ âm_thanh Để tăng_cường hiệu_suất của máy_bay cần phải thiết_kế một loại động_cơ mới Đây chính là động_lực cho sự ra_đời của động_cơ tuốc bin khí dạng động_cơ phổ_biến nhất của động_cơ_phản_lực không_khí Chìa_khoá trong nguyên_lý của động_cơ_phản_lực không_khí nằm ở tuốc bin sử_dụng chính năng_lượng từ động_cơ để làm quay các cánh_quạt máy nén khí Tuốc bin khí không phải là một ý_tưởng thiết_kế mới bằng_sáng_chế về trạm tuốc bin đã được John_Barber đưa ra tại Anh vào năm 1791 Tuốc bin khí đầu_tiên có khả_năng tự duy_trì đã được chế_tạo vào năm 1903 bởi kỹ_sư người Na_Uy Ægidius_Elling_Các động_cơ như_vậy không_thể đưa vào sản_xuất do các vấn_đề về độ an_toàn độ tin_cậy trọng_lượng và nhất_là hoạt_động liên_tục Bằng_sáng_chế tuốc bin khí đầu_tiên sử_dụng cho máy_bay được đưa ra vào năm 1921 bởi Maxime_Guillaume_Động cơ của ông là loại động_cơ tuốc bin phản_lực luồng nhưng không bao_giờ được chế_tạo do khoa_học công_nghệ thời_kỳ này không_thể_chế_tạo_máy nén khí đạt yêu_cầu Alan_Arnold_Griffith xuất_bản cuốn Lý_thuyết khí_động_học trong thiết_kế tuốc bin An_Aerodynamic_Theory of Turbine_Design vào năm 1926 dẫn đến các thử_nghiệm tại Royal_Aircraft_Establishment_Năm 1928 học_viên trường đào_tạo Cranwell không_quân Hoàng_gia Anh là Frank_Whittle đã trình_bày ý_tưởng về động_cơ tuốc bin phản_lực với người hướng_dẫn của mình Tháng 10 năm 1929 Whittle đã tiếp_tục phát_triển thêm ý_tưởng của mình Vào ngày 16 tháng 1 năm 1930 tại Anh Whittle đã đệ_trình bằng_sáng_chế đầu_tiên của mình được cấp năm 1932 Bằng_sáng_chế của ông đưa ra là một máy nén hướng_tâm hai tầng cấp khí nén cho một máy nén ly_tâm Máy nén khí hướng trục đã được chế_tạo từ ý_tưởng đưa ra trong bài thuyết_trình của A A Griffith vào năm 1926 An_Aerodynamic_Theory of Turbine_Design_Whittle sau đó chỉ tập_trung nghiên_cứu máy nén khí ly_tâm đơn_giản Tuy_nhiên thiết_kế của Whittle không làm chính_phủ Anh quan_tâm và việc phát_triển động_cơ diễn ra rất chậm_chạp Vào năm 1935 Hans von Ohain bắt_đầu nghiên_cứu một thiết_kế tương_tự tại Đức cả bộ nén khí và tuốc bin đều nằm trên một trục đặt đối_diện nhau trên cùng một đĩa nhưng Ohain không biết tới những thiết_kế của Whittle_Động cơ của Von_Ohain là một động_cơ thử_nghiệm khác hoàn_toàn và chỉ có_thể chạy dưới nguồn điện bên ngoài nhưng ông đã chứng_minh được nguyên_lý cơ_bản của động_cơ_phản_lực Ohain sau đó được giới_thiệu với Ernst_Heinkel một trong những nhà_chế_tạo máy_bay lớn nhất tại Đức để thực_hiện ý_tưởng của von Ohain_Heinkel sau đó đã mua lại công_ty động_cơ Hirth và Ohain cùng với Max_Hahn một thợ_máy bậc thầy đã được đưa tới làm_việc tại công_ty động_cơ Hirth_Họ đã chế_tạo động_cơ ly_tâm đầu_tiên của mình động_cơ HeS 1 thử_nghiệm vào tháng 9 năm 1937 Không giống như thiết_kế của Whittle_Ohain sử_dụng nhiên_liệu là hydrogen được nạp ở áp_suất cao từ bên ngoài Tiếp sau đó họ đã thiết_kế động_cơ HeS 3 nhiên_liệu xăng có lực đẩy được trang_bị trên máy_bay He 178 buổi bay thử_nghiệm diễn ra bởi phi_công thử_nghiệm Erich_Warsitz sáng sớm ngày 27 8 1939 bay từ Rostock đến sân_bay Marienehe_Qua đó đánh_dấu chiếc He 178 là chiếc máy_bay động_cơ tuốc bin phản_lực đầu_tiên trên thế_giới Heinkel đã nộp đơn xin cấp bằng_sáng_chế của Hoa_Kỳ cho Động_cơ máy_bay của Hans_Joachim_Pabst von Ohain vào ngày 31 5 1939 số đăng_ký US2256198 với Max_Hahn là người phát_minh Kỹ_sư người Áo Anselm_Franz làm_việc tại bộ_phận động_cơ của hãng Junkers_Junkers_Motoren hay viết tắt là Jumo đã phát_triển máy nén khí dọc trục sử_dụng cho động_cơ_phản_lực Kết_quả là ông đã chế_tạo động_cơ_phản_lực Jumo 004 Sau khi các vấn_đề kỹ_thuật khác được giải_quyết việc sản_xuất loạt động_cơ này đã được tiến_hành từ năm 1944 để sử_dụng trên chiếc tiêm_kích phản_lực đẩu tiên trên thế_giới Messerschmitt_Me 262 sau đó nó cũng được trang_bị trên máy_bay ném bom phản_lực đẩu tiên trên thế_giới Arado_Ar 234 Chiếc Me 262 đã tham_chiến quá muộn để cứu_vãn tình_thế của phát_xít Đức tuy_nhiên đây vẫn là loại động_cơ_phản_lực đầu_tiên được đưa vào trang_bị Trong khi đó tại Anh máy_bay_phản_lực Gloster E28 39 thực_hiện chuyến bay thử lần đầu vào ngày 15 5 1941 Gloster_Meteor được đưa vào trang_bị trong Không_quân Hoàng_gia Anh từ tháng 7 năm 1944 Chúng được trang_bị động_cơ_phản_lực của công_ty động_cơ Power_Jets_Ltd do Frank_Whittle thành_lập Sau khi chiến_tranh kết_thúc máy_bay_phản_lực và động_cơ_phản_lực của Đức đã được quân Đồng_minh nghiên_cứu và là nền_tảng cho các mẫu máy_bay chiến_đấu phản_lực của Liên_Xô và Hoa_Kỳ thời_kỳ đầu Tất_cả các động_cơ_phản_lực trên máy_bay cánh cố_định đều dựa trên thiết_kế này Đến cuối những năm 1950 động_cơ_phản_lực không_khí đã được sử_dụng trên hầu_hết các máy_bay chiến_đấu trừ các máy_bay vận_tải máy_bay liên_lạc và một_số kiểu máy_bay đặc_biệt khác Cũng trong thời_gian này một_số máy_bay dân_dụng của Anh cũng được thiết_kế để sử_dụng động_cơ_phản_lực ví_dụ như de Havilland_Comet và Avro_Canada_Jetliner_Vào những năm 1960 tất_cả các máy_bay dân_dụng cỡ lớn đều được trang_bị động_cơ_phản_lực các máy_bay động_cơ piston chỉ còn dùng để chở hàng Hiệu_suất sử_dụng nhiên_liệu của động_cơ tuốc bin phản_lực luồng lúc đầu còn thấp hơn so với động_cơ piston nhưng vào những năm 1970 với việc phát_minh ra động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt high bypass đã giúp cho động_cơ_phản_lực có hiệu_suất tiêu_thụ nhiên_liệu tương_đương với các mẫu động_cơ piston và động_cơ cánh_quạt tốt nhất Sử_dụng Động_cơ_phản_lực không_khí được sử_dụng trên máy_bay_phản_lực tên_lửa hành_trình và máy_bay không người lái Đối_với động_cơ rocket chúng được sử_dụng trong pháo_hoa tên_lửa du_hành_vũ_trụ Động_cơ_phản_lực không_khí cũng được sử_dụng trong các mẫu xe_hơi tốc_độ cao đặc_biệt là trong các xe đua Xe đua ThrustSSC chạy bằng động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt hiện đang nắm giữ kỷ_lục về tốc_độ trên mặt_đất Thiết_kế động_cơ_phản_lực không_khí cũng thường được sửa_đổi để hoạt_động trong các lĩnh_vực không liên_quan đến máy_bay như tuốc bin khí_công_nghiệp hoặc động_cơ đẩy trong hàng_hải Động_cơ tuốc bin phản_lực không_khí được sử_dụng để phát_điện để bơm nước khí tự_nhiên hay dầu và cung_cấp_lực đẩy cho tàu_thuỷ hoặc tàu_hoả Các động_cơ tuốc bin khí_công_nghiệp có khả_năng tạo ra công suất 50 000 mã_lực Phần_lớn các động_cơ này đều là được chuyển_đổi từ các động_cơ tuốc bin phản_lực luồng dùng trong quân_sự như động_cơ Pratt_Whitney J57 và J75 Cũng có những phiên_bản của động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt P W JT8D low bypass có công_suất 35 000 mã_lực HP Động_cơ_phản_lực khí được phát_triển thành các loại động_cơ như động_cơ tuốc bin trục hoặc động_cơ tuốc bin cánh_quạt chúng có các thành_phần cốt_lõi của động_cơ giống nhau sử_dụng trên máy_bay_trực_thăng và một_số loại máy_bay_cánh_quạt Các loại động_cơ_phản_lực không_khí Có nhiều loại động_cơ nhưng chúng có điểm chung là sử_dụng_lực đẩy phản_lực của luồng phụt để tiến về phía trước theo nguyên_lý sức đẩy phản_lực Động_cơ lấy không_khí từ khí_quyển air breathing Nói_chung máy_bay được đẩy đi bằng động_cơ tuốc bin phản_lực hút khí ngoài Phần_lớn các động_cơ_phản_lực hút khí ngoài là động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt có hiệu_suất tốt ở tốc_độ cận âm Động_cơ tuốc bin khí Tuốc bin khí là động_cơ dạng quay theo đó lấy năng_lượng từ chuyển_động của dòng khí cháy trong buồng đốt Nó bao_gồm một máy nén ở đầu cùng với tuốc bin ở cuối và buồng đốt ở giữa Trong động_cơ hàng không 3 thành_phần cơ_bản này thường được gọi là bộ_phận sinh_khí Có nhiều kiểu tuốc bin khí khác nhau nhưng chúng đểu sử_dụng chung hệ_thống sinh_khí Động_cơ tuốc bin phản_lực luồng Một động_cơ tuốc bin phản_lực là một động_cơ tuốc bin khí mà hoạt_động bằng cách nén không_khí đi qua miệng hút khí của động_cơ bằng máy nén khí dọc trục ly_tâm hoặc cả hai trộn không_khí áp_suất cao với nhiên_liệu đốt cháy hỗn_hợp ở trong buồng đốt và hỗn_hợp khí nóng sau đó sẽ chảy qua các cánh tuốc bin và được đẩy ra bên ngoài qua miệng xả Các cánh_quạt của máy nén khí sẽ được dẫn_động bởi trục lá tuốc bin trong khi các lá tuốc bin này chuyển_động nhờ khí nóng giãn_nở chảy qua nó Động_cơ sẽ chuyển_đổi năng_lượng của nhiên_liệu thành động_năng khí xả và tạo ra lực đẩy Tất_cả lượng khí nạp vào động_cơ qua cửa hút khí sẽ đi qua các cánh_quạt của máy nén khí buồng đốt và cánh_quạt tuốc bin khác với động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt mô_tả sau đây Động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt Turbofan không giống với động_cơ tuốc bin phản_lực ở chỗ nó có cánh bổ_sung ở phía trước của động_cơ giúp gia_tốc dòng khí đi trước khi đi vào tuốc bin lõi động_cơ Động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt chủ_yếu được sử_dụng trên các máy_bay chở khách tầm trung và tầm xa Động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt thường có hiệu_suất vượt_trội hơn động_cơ tuốc bin phản_lực luồng ở tốc_độ cận âm nhưng ở tốc_độ lớn đường_kính của động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt lớn hơn động_cơ tuốc bin phản_lực luồng sẽ dẫn đến lực cản lớn hơn Ngoài_ra trong khi bay ở tốc_độ siêu_âm nhất là ở các máy_bay_tiêm_kích quân_sự yếu_tố tiêu_hao nhiên_liệu cao hơn của động_cơ tuốc bin phản_lực ít được quan_tâm hơn so với các yếu_tố khác các cánh_quạt do_đó sẽ được thiết_kế nhỏ hơn hoặc thậm_chí là không có cánh_quạt ở phía trước động_cơ Vì những khác_biệt này nên động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt thường được đặc_trưng bởi tỉ_lệ lượng khí chảy xung_quanh động_cơ lượng khí đi qua lõi động_cơ từ nay gọi là tỉ_lệ đường vòng bypass ratio thấp hoặc cao low bypass hay high bypass Động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt có tỉ_lệ đường vòng thấp low bypass tỉ_lệ này vào_khoảng 2 1 hoặc thấp hơn Động_cơ_phản_lực nén khí bằng hiệu_ứng búa thuỷ_động Động_cơ nén không_khí bằng hiệu_ứng búa thuỷ_động là một động_cơ tương_tự như động_cơ tuốc bin khí cả hai đều tuân theo chu_trình Brayton_Tuy nhiên động_cơ chạy bằng tuabin khí và động_cơ chạy bằng ram khác nhau ở cách chúng nén luồng không_khí đi vào Trong khi động_cơ tuabin khí sử_dụng các cánh_quạt nén dọc trục hoặc ly_tâm để nén không_khí vào động_cơ ram chỉ dựa vào cửa hút khí hoặc bộ khuếch_tán để nén không_khí Một động_cơ ram chỉ yêu_cầu vận_tốc ban_đầu của không_khí đi vào động_cơ phải lớn trước khi động_cơ hoạt_động Động_cơ_phản_lực ram là loại động_cơ_phản_lực đơn_giản nhất do thiết_kế động_cơ không có một bộ_phận nào chuyển_động Động_cơ_phản_lực dòng thẳng là một động_cơ_phản_lực ram Chúng rất đơn_giản về mặt cơ_khí và vận_hành với hiệu_suất thấp hơn tất_cả các động_cơ tuốc bin phản_lực nói_chung trừ khi phương_tiện bay hoạt_động ở vận_tốc rất lớn Động_cơ_phản_lực tĩnh siêu_âm Scramjet khác với các động_cơ khác ở chỗ chúng sử_dụng buồng đốt không_khí ở vận_tốc siêu_âm Do_đó chúng tỏ ra_hiệu quả ở các phương_tiện bay có vận_tốc lớn hơn Loại động_cơ này vẫn đang trong quá_trình thử_nghiệm Các kiểu động_cơ_phản_lực khác Động_cơ tên_lửa Động_cơ tên_lửa sử_dụng cùng nguyên_lý phản_lực của động_cơ_phản_lực nhưng nó khác với động_cơ_phản_lực không_khí là nó không cần lấy ô xy từ không_khí bên ngoài thay vào đó tên_lửa sẽ sử_dụng ô xy lỏng từ bể chứa trong thân Bởi_vì tên_lửa không lấy không_khí từ môi_trường khí_quyển bên ngoài nên tên_lửa có khả_năng hoạt_động ở độ cao_lớn và trong không_gian vũ_trụ Động_cơ tên_lửa được sử_dụng trong các tên_lửa phóng vệ_tinh tàu thăm_dò tàu_vũ_trụ có người lái và nhờ động_cơ tên_lửa con_người mới có_thể đặt_chân lên Mặt_trăng vào năm 1969 Động_cơ tên_lửa thường sử_dụng trong các chuyến bay ở độ cao_lớn hoặc trên các tên_lửa đẩy cần khả_năng gia_tốc lớn do tỉ_lệ_lực đẩy trọng_lượng của động_cơ tên_lửa rất lớn Tuy_nhiên vận_tốc luồng khí phụt cao cùng với nhiên_liệu giàu chất ô xy hoá khiến cho động_cơ tên_lửa sử_dụng nhiều nhiên_liệu hơn động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt Mặc_dù vây khi đạt đến vận_tốc lớn các động_cơ tên_lửa lại có hiệu_suất cao về năng_lượng_Lực đẩy của động_cơ tên_lửa được tính theo công_thức formula _ 2 là lực đẩy formula _ 3 là xung_lực đẩy riêng formula _ 4 là gia_tốc trọng_trường tiêu_chuẩn formula _ 5 là sự suy_giảm khối_lượng nhiên_liệu theo thời_gian kg s formula _ 6 là diện_tích của miệng phụt của động_cơ tên_lửa và formula _ 7 là áp_suất khí_quyển Nguyên_lý vật_lý cơ_bản Các động_cơ_phản_lực không_khí đều là động_cơ_phản_lực theo đó tạo ra lực đẩy từ lực phụt của dòng chất_lưu ở vận_tốc cao Các động_cơ_phản_lực không_khí tạo ra luồng khí phụt nhờ đốt cháy nhiên_liệu được chứa trong bể chứa trong động_cơ đối_với động_cơ tên_lửa Tương_tự đối_với động_cơ_phản_lực hàng không nhờ hút khí từ bên ngoài và đẩy hỗn_hợp khí cháy từ buồng đốt qua ống_xả ở vận_tốc cao hơn nhiều Vòi phun đẩy Miệng xả vòi phun miệng phụt của động_cơ_phản_lực được sử_dụng để tạo ra luồng phụt về phía sau Miệng xả là nơi mà năng_lượng của khí cháy ở áp_suất cao được chuyển thành động_năng của dòng khí phụt ở vận_tốc lớn Áp_suất tổng và nhiệt_độ của khí không thay_đổi khi đi qua miệng xả nhưng các giá_trị tĩnh giảm xuống và vận_tốc của khí được tăng lên Tốc_độ của dòng khí khi đi vào miệng vòi phun là thấp ở vào_khoảng Mach 0 4 để giảm tổn_thất áp_suất của dòng khí dẫn đến miệng phụt Nhiệt_độ đầu_vào của khí khi đi vào miệng xả khá thấp ở mức nhiệt_độ_không_khí tại mực nước_biển đối_với miệng xả cánh_quạt trên động_cơ bay ở độ cao hành_trình Nhiệt_độ của dòng khí phụt qua miệng xả có_thể đạt tới 1000K đối_với động_cơ_phản_lực siêu_âm có đốt sau và 2200K với động_cơ đốt sau Áp_suất khí khi đi vào vòi phun cao gấp từ 1 5 lần áp_suất khí bên ngoài vòi phun đối_với động_cơ_phản_lực tuốc bin cánh_quạt đến gấp 30 lần áp_suất không_khí bên ngoài đối_với động_cơ của máy_bay có người lái bay ở tốc_độ lớn hơn mach 3 Miệng xả hội_tụ thường chỉ có khả_năng gia_tốc khí đến Mach 1 Để có_thể bay ở tốc_độ cao cần phải đạt được vận_tốc khí phụt cao hơn_nữa Các máy_bay bay ở tốc_độ cao thường sử_dụng động_cơ có miệng xả dạng hội_tụ phân_kỳ_Lực đẩy vòi phun là cao nhất nếu áp_suất tĩnh của khí đạt giá_trị bằng với áp_suất xung_quanh tại đầu_ra của vòi phun Điều này chỉ xảy ra nếu_như diện_tích miệng vòi phun đúng theo tỉ_lệ áp_suất vòi phun nozzle pressure ratio npr Do tỉ_lệ npr thay_đổi theo sự thay_đổi_lực đẩy của động_cơ và tốc_độ bay nên lực đẩy vòi phun hiếm khi đạt giá_trị tối_đa Ngoài_ra tại tốc_độ bay siêu_âm diện_tích phân_kỳ là nhỏ hơn mức để khí giãn_nở tới khi bằng áp_suất môi_trường xung_quanh để cân_bằng với lực cản bên ngoài Whitford đưa ra ví_dụ là máy_bay F 16 Các động_cơ XB 70 and SR 71 Vòi phun của động_cơ cùng với diện_tích tuốc bin sẽ quyết_định đến áp_suất làm_việc của máy nén Hiệu_suất tạo ra lực đẩy Hiệu_suất của động_cơ tuốc bin phản_lực hút khí ngoài sẽ thấp hơn hiệu_suất của động_cơ tên_lửa Hiệu_suất của động_cơ sẽ phụ_thuộc vào tỉ_lệ giữa tốc_độ v của phương_tiện bay với tốc_độ khí xả v như biểu_đồ dưới đây Hiệu_suất chuyển_hoá năng_lượng riêng của nhiên_liệu thành lực đẩy formula _ 8 của động_cơ_phản_lực bao_gồm hai thành_phần chính BULLET Hiệu_suất tạo ra lực đẩy propulsive efficiency formula _ 9 hiệu_suất chuyển_hoá năng_lượng của dòng khí phụt cho phương_tiện bay để đẩy phương_tiện bay về phía trước thay_vì thành động_năng của dòng khí phụt Hiệu_suất càng lớn thì khả_năng tạo lực đẩy của động_cơ càng lớn BULLET Hiệu_suất chu_trình cycle efficiency formula _ 10 là hiệu_suất gia_tốc dòng khí của động_cơ Hiệu_suất formula _ 8 là đối_với các động_cơ_phản_lực hiệu_suất tạo ra lực đẩy propulsive efficiency đạt giá_trị cao nhất khi vận_tốc của luồng khí phụt gần bằng vận_tốc của máy_bay đồng_nghĩa với động_năng dư_thừa là nhỏ nhất Đối_với động_cơ_phản_lực nạp khí từ khí_quyển thì vận_tốc xả bằng vận_tốc của phương_tiện bay hay formula _ 9 bằng 1 sẽ cho lực đẩy tối_đa và không thay_đổi động_lượng của máy_bay Công_thức cho các động_cơ_phản_lực nạp khí từ khí_quyển vận_tốc khí ở cửa hút gió là formula _ 14 cũng là vận_tốc thực của máy_bay và vận_tốc khí phụt formula _ 15 bỏ_qua dòng_chảy của nhiên_liệu là Và đối_với động_cơ tên_lửa Ngoài_ra khi xét đến hiệu_suất đẩy của động_cơ người ta còn xét đến hiệu_suất chu_trình nhiệt cycle efficiency do động_cơ_phản_lực là một dạng động_cơ_nhiệt Hiệu_suất của động_cơ_nhiệt được xác_định bằng tỉ_số giữa nhiệt_độ bên trong động_cơ và nhiệt_độ của dòng khí ở miệng xả Hiệu_suất này được cải_thiện theo thời_gian do áp_dụng các vật_liệu mới cho_phép tăng nhiệt_độ tối_đa của chu_trình nhiệt trong động_cơ Ví_dụ vật_liệu composite kết_hợp giữa kim_loại và gốm đã được các kỹ_sư phát_triển để_chế tạo các lá tuốc bin hoạt_động trong điều_kiện nhiệt_độ rất cao Hiệu_suất cũng được giới_hạn bởi tỉ_lệ áp_suất tổng_thể có_thể đạt được Hiệu_suất chu_trình nhiệt Cycle efficiency đạt tới giá_trị cao nhất ở các động_cơ tên_lửa 60 hoặc cao hơn do chúng có khả_năng tạo khí cháy với nhiệt_độ đặc_biệt cao ở trong buồng đốt Hiệu_suất chu_trình nhiệt đối_với động_cơ tuốc bin phản_lực luồng và các động_cơ tương_tự là gần 30 do chúng có nhiệt_độ cao nhất của chu_trình nhiệt thấp hơn nhiều Hiệu_suất buồng đốt của phần_lớn các động_cơ máy_bay tại thời_điểm cất_cánh là gần bằng 100 Hiệu_suất của buồng đốt sẽ giảm xuống 98 ở độ cao bay hành_trình Tỉ_lệ hỗn_hợp không_khí nhiên_liệu là từ 50 1 giàu đến 130 1 nghèo Ở ngoài khoảng hai tỉ_lệ này thì nhiên_liệu sẽ không_thể cháy trong buồng đốt Giới_hạn giữa sự pha_trộn hỗn_hợp giàu nghèo nhiên_liệu này sẽ giảm dần khi vận_tốc dòng khí tăng lên Nếu tăng lượng khí hút vào động_cơ trong khi tỉ_lệ nhiên_liệu giảm xuống quá giới_hạn sẽ không_thể đốt cháy hỗn_hợp khí nhiên_liệu trong buồng đốt Mức tiêu_thụ nhiên_liệu Một đại_lượng liên_quan nhưng khác với hiệu_suất năng_lượng là tốc_độ tiêu_thụ nhiên_liệu Mức tiêu_thụ nhiên_liệu ở động_cơ_phản_lực không_khí được xác_định bằng suất tiêu_hao nhiên_liệu riêng theo lực đẩy thrust specific fuel consumption xung_lực đẩy riêng hay tốc_độ phụt khí hiệu_dụng Chúng đều dùng để đo một đại_lượng Xung_lực đẩy riêng và tốc_độ phụt khí hiệu_dụng tỉ_lệ với nhau trong khi mức tiêu_thụ nhiên_liệu riêng tỉ_lệ_nghịch với các đại_lượng trên Đối_với các động_cơ nạp khí từ khí_quyển như động_cơ tuốc bin phản_lực luồng hiệu_suất năng_lượng và hiệu_suất_lực đẩy là rất giống nhau do chất đẩy của động_cơ là nhiên_liệu và là nguồn năng_lượng Đối_với động_cơ tên_lửa chất đẩy dần mất đi cạn dần đồng_nghĩa với việc chất đẩy năng_lượng cao sẽ cho hiệu_suất_lực đẩy tốt hơn nhưng có_thể trong một_vài trường_hợp hiệu_suất năng_lượng mà nó mang lại là thấp hơn Lấy ví_dụ động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt dưới âm General_Electric s CF6 sử_dụng ít nhiên_liệu để tạo lực đẩy mỗi giây hơn là động_cơ tuốc bin phản_lực luồng Rolls_Royce_Snecma_Olympus 593 trang_bị trên chiếc Concorde_Tuy nhiên do tốc_độ của Concorde là lớn hơn nên thực_tế năng_lượng được tạo ra bởi động_cơ với cùng một lượng nhiên_liệu của máy_bay Concorde bay ở tốc_độ Mach 2 là lớn hơn động_cơ CF6 Do_đó động_cơ của máy_bay Concorde có hiệu_suất lớn hơn xét theo năng_lượng dặm Xem ví_dụ Tỉ_lệ_lực đẩy trọng_lượng Tỉ_lệ_lực đẩy trọng_lượng của các loại động_cơ_phản_lực không_khí là tương_tự như nhau Với một động_cơ cho trước động_cơ càng nhẹ lực đẩy trọng_lượng động_cơ càng cao thì càng tiêu tốn ít nhiên_liệu để bù cho trọng_lượng của động_cơ và gia_tốc khối_lượng động_cơ Động_cơ tên_lửa thường có tỉ_lệ_lực đẩy trọng_lượng cao hơn động_cơ tuốc bin phản_lực không_khí như động_cơ tuốc bin phản_lực luồng và động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt Nguyên_nhân là do tên_lửa sử_dụng động_cơ_phản_lực nhiên_liệu lỏng hoặc rắn có mật_độ cao tức sẽ chiếm ít thể_tích hơn và do_đó hệ_thống nén sẽ nhỏ hơn rất nhiều và nhẹ hơn ở cùng một hiệu_suất Động_cơ tuốc bin phản_lực luồng và động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt sử_dụng không_khí hút trực_tiếp từ khí_quyển loãng hơn nhiều và do_đó cần máy nén khí lớn hơn nhiều và bộ nén khí do_đó nặng hơn nhiều xét cùng một hiệu_suất So_sánh các kiểu động_cơ_phản_lực không_khí Động_cơ cánh_quạt có khả_năng gia_tốc dòng khí đi qua động_cơ kém hơn động_cơ_phản_lực Do_đó_lực đẩy tạo ra bởi động_cơ cánh_quạt là nhỏ Tuy_nhiên do bay ở vận_tốc thấp các động_cơ cánh_quạt có hiệu_suất tạo lực đẩy hiệu_suất chuyển_hoá năng_lượng riêng của nhiên_liệu thành động_năng của máy_bay tên_lửa cao Ngoài_ra động_cơ tuốc bin phản_lực chỉ gia_tốc một lượng khí nhỏ hơn nhiều và đốt cháy hỗn_hợp khí nhiên_liệu trong buồng đốt nhưng sau đó chúng thải ra tất_cả khí cháy ở vận_tốc rất cao Cộng với việc thiết_kế miệng xả Laval dùng để gia_tốc khí cháy nóng vận_tốc xả khí có_thể đạt tới tốc_độ siêu_âm Động_cơ tuốc bin phản_lực thông_thường được sử_dụng trên các máy_bay có vận_tốc bay lớn Ở động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt hỗn_hợp khí phụt bao_gồm không_khí đi chung_quanh bypass đi vòng qua lõi động_cơ và hỗn_hợp khí cháy ở nhiệt_độ cao sau khi đi qua buồng đốt Lượng không_khí mà đi vòng qua lõi động_cơ và lượng không_khí đi vào trong lõi động_cơ được gọi là tỉ_lệ đường vòng của động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt bypass ratio BPR Trong khi động_cơ tuốc bin phản_lực luồng sử_dụng toàn_bộ động_cơ để tạo ra lực đẩy dưới dạng luồng khí phụt ở vận_tốc cao động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt làm mát bằng không_khí đi_đường_vòng vận_tốc thấp chỉ sản_sinh 30 đến 70 tổng_lực đẩy là từ hệ_thống tuốc bin Lực đẩy ròng F của động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt có_thể được tính bởi công_thức trong đó Động_cơ tên_lửa sản_sinh ra dòng phí phụt ở vận_tốc lớn và do_đó động_cơ tên_lửa phù_hợp cho các phương_tiện bay ở độ cao_lớn bay ở tốc_độ siêu vượt âm Ở bất_kỳ mức lực đẩy nào lực đẩy và hiệu_suất của động_cơ tên_lửa sẽ tăng nhẹ theo độ cao mà tên_lửa lên được do áp_suất ở phía đuôi tên_lửa giảm xuống nên lực đẩy sẽ tăng lên tại miệng phụt của động_cơ trái_lại đối_với động_cơ tuốc bin phản_lực luồng hay động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt khi máy_bay tăng dần độ cao sự giảm mật_độ của không_khí hút vào sẽ làm cho lực đẩy của động_cơ bị giảm xuống theo độ cao Động_cơ tên_lửa thậm_chí còn có hiệu_suất lớn hơn cả động_cơ tĩnh phản_lực siêu_âm scramjet bay ở tốc_độ Mach 15 Vận_tốc và độ cao bay Động_cơ_phản_lực tuốc bin không_thể hoạt_động bình_thường nếu không_khí đi vào động_cơ ở tốc_độ siêu_âm Nguyên_nhân là do khi vận_tốc khí đi vào động_cơ ở tốc_độ siêu_âm thì kết_hợp cùng với sóng xung_kích tạo ra khi bay siêu_âm sẽ hư_hại hoặc gây rung_động nguy_hiểm cho các cánh_quạt của động_cơ làm động_cơ bị mất lực đẩy hoặc bị hỏng Do_đó với máy_bay bay ở tốc_độ siêu_âm không_khí trước khi đi vào động_cơ phải được làm chậm xuống vận_tốc dưới tốc_độ âm_thanh trước khi dòng khi đi tới cánh_quạt nén và cánh_quạt tuốc bin Trừ động_cơ tĩnh phản_lực siêu_âm động_cơ_phản_lực thiếu đi hệ_thống hút khí sao cho chỉ cho_phép không_khí ở vận_tốc khoảng 0 5 lần tốc_độ âm_thanh lọt được vào động_cơ Ở các máy_bay bay ở tốc_độ M từ 0 8 đến 1 2 transsonic hay máy_bay bay siêu_âm động_cơ của chúng có khả_năng làm chậm luồng không_khí đi vào cửa hút khí và có_thể nén không_khí một_cách sơ_bộ Giới_hạn độ cao tối_đa của động_cơ được xác_định bằng khả_năng cháy tại độ cao rất lớn không_khí trở_nên quá loãng để có_thể bốc cháy hoặc là sau khi nén không_khí trở_nên quá nóng Đối_với động_cơ tuốc bin phản_lực độ cao giới_hạn để động_cơ hoạt_động là khoảng 40 km trong khi đối_với động_cơ_phản_lực dòng thẳng là 55 km Động_cơ tĩnh phản_lực siêu_âm về lý_thuyết có_thể hoạt_động ở độ cao tối_đa 75 km Còn động_cơ tên_lửa thì tất_nhiên nó không có giới_hạn Về mặt tốc_độ máy_bay bay nhanh sẽ nén không_khí ở phía trước động_cơ và do_đó làm tăng nhiệt_độ của không_khí đi vào động_cơ Giới_hạn tốc_độ tối_đa của động_cơ máy_bay là khoảng từ Mach 5 đến Mach 8 nitơ trong khí_quyển có xu_hướng phản_ứng do nhiệt_độ cao tại cửa hút khí và làm tiêu_hao một lượng năng_lượng đáng_kể Hiệu_ứng này không xảy ra ở động_cơ tĩnh phản_lực siêu_âm do nó hoạt_động ở tốc_độ khoảng Mach 15 hay lớn hơn Động_cơ tên_lửa không có giới_hạn về tốc_độ Tiếng ồn Tiếng ồn từ động_cơ_phản_lực từ nhiều bộ_phận động_cơ khác nhau trong trường_hợp động_cơ khí tiếng ồn gây ra bởi cánh_quạt máy nén khí buồng đốt tuốc bin và luồng phụt từ động_cơ Luồng phụt phản_lực tạo ra tiếng ồn do tương_tác của dòng khí phụt tốc_độ cao với không_khí xung_quanh miệng xả Khi bay ở vận_tốc nhỏ hơn tốc_độ âm_thanh tiếng ồn gây ra bởi xoáy khi bay ở tốc_độ vượt âm tiếng ồn là do sóng Mach gây ra Năng_lượng sóng_âm từ luồng phụt phản_lực thay_đổi theo tốc_độ của luồng phụt phản_lực Vì_vậy luồng phụt phản_lực có vận_tốc thấp hơn như ở động_cơ có tỉ_lệ đường vòng cao high bypass sẽ có độ ồn thấp hơn trong khi đó những luồng phụt từ động_cơ như tên_lửa động_cơ tuốc bin phản_lực luồng động_cơ_phản_lực dòng thẳng sẽ gây ra tiếng ồn lớn nhất Đối_với các máy_bay chở khách tiếng ồn phản_lực được giảm dần do máy_bay chuyển từ sử_dụng động_cơ tuốc bin phản_lực luồng sang động_cơ tuốc bin phản_lực cánh_quạt đường vòng nhờ giảm tốc_độ dòng khí phụt phản_lực Tiếng ồn từ động_cơ_phản_lực cánh_quạt còn gọi là buzz saw chủ_yếu gây ra bởi sự hình_thành của sóng xung_kích trên các lá cánh_quạt quay ở vận_tốc siêu_âm khi máy_bay cất_cánh Xem thêm BULLET Các thành_phần của động_cơ_phản_lực BULLET Suất tiêu_hao nhiên_liệu riêng theo lực đẩy External links BULLET Media about jet engines from Rolls_Royce_BULLET_How Stuff_Works article on how a Gas_Turbine_Engine works BULLET Influence of the Jet_Engine on the Aerospace_Industry_BULLET_An Overview of Military_Jet_Engine_History Appendix_B pp 97 120 in Military_Jet_Engine_Acquisition Rand_Corp 24 pp PDF BULLET Basic jet engine tutorial QuickTime_Video_BULLET_An article on how reaction engine works
Động_cơ_phản_lực không_khí