喷气发动机是如何工作的？它的运行温度足以熔化其内部结构。

喷气发动机是一种高度复杂的设备，其作用很简单：为飞机提供飞行所需的推力。当飞机在跑道上加速然后升空时，任何感觉自己在座位上被稍微向后推的人都可能直观地感觉到发生了什么。每个机翼下方的涡扇发动机正在吸入空气，并将其加速到后部，产生推力。

通用电气、劳斯莱斯、普惠等公司的商用发动机内部细节可能有所不同，但基本原理是相同的。

劳斯莱斯子系统负责人 Emma Booth 表示：“现代涡扇喷气发动机的工作原理基于牛顿第三定律。每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。”

虽然高层描述听起来可能很简单，但发动机内部的过程本身既复杂又令人着迷。以下是有关发动机内部工作原理的知识，其中空气被压缩，燃料被点燃，温度变得极高。

发动机前部的风扇吸入空气

从外面看发动机（你可以在机场登机口看到它），你会注意到发动机机体内前部的风扇叶片。这些叶片的直径非常大。例如，通用电气的 GE9X 配备一个直径超过 11 英尺、带有 16 个叶片的风扇。其中一台发动机可以产生 105,000 磅的推力，尽管它产生的推力甚至超过了这个数字，并在 2017 年创下了纪录。

通用电气航空航天公司首席工程师克里斯托弗·洛伦斯说：“前面有一个大风扇，实际上提供了大约 90% 的推力。”

以 GE90 发动机为例，它悬挂在波音 777 等飞机的机翼下方。该公司表示，当飞机起飞时，其中一个发动机每秒将吸入约 3,600 磅的空气。

风扇吸入空气，当空气穿过发动机时，一小部分空气会沿着一条路径穿过机器的中心——也就是它的核心。但大多数 的空气绕过核心，直接穿过后部。在推动飞机时，大部分功都是由不经过核心的空气完成的。

绕过核心的空气量与穿过核心的空气量之间的差异称为发动机的涵道比。发动机制造商希望该比率较高，以实现峰值效率。“最有效的方法是吸入大量空气并稍微增加压力，”洛伦斯说。“早期发动机的涵道比非常低——因此，它们的做法是，大部分空气都穿过核心，有限量的空气穿过涵道，而且速度相当高。”但如今，涡扇发动机的涵道比非常高。

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军用飞机（如战斗机）上的喷气发动机是个例外，它们没有商用飞机发动机那样的大涵道比。除了纯粹的燃油效率外，这些飞机还有其他优先考虑因素——比如高机动性、超音速飞行和低调飞行——而且它们的发动机与机身紧密结合，还可以使用加力燃烧室。

在核心中，空气被压缩，燃料点燃

前部的风扇叶片需要动力才能旋转，而这正是发动机核心发挥作用的地方。一小部分经过核心的空气（劳斯莱斯的布斯说，大约有 10%，而其余 90% 绕过核心）会经历多级过程。

核心的第一部分是压缩机级，空气在此被压缩——你猜对了。空气变得更稠密，温度也更高。“压缩机叶片有很多级，它们是旋转的，而压缩机叶片是静止的，随着压缩机叶片变得越来越小，空气逐渐受到挤压，”布斯说。

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当然，空气并不想被压缩；要做到这一点需要做功。“这基本上就像你试图把水推上山一样，”布斯解释道。

然后，在压缩机阶段之后，进入燃烧室。喷气燃料点燃后，空气温度进一步升高。通用电气公司的洛伦斯说，如果压缩机尾端的空气温度约为 1,200 至 1,300 华氏度，则经过燃烧室后，空气温度可能高达 3,000 华氏度左右。相比之下，夏威夷火山的熔岩温度往往在 2,140 华氏度左右。

令人惊奇的是，燃烧室排出的灼热空气“比其后的涡轮叶片的熔点还要高”，洛伦斯说。“我们实际上必须将空气泵入这些叶片，以防止它们熔化。”相对较冷的空气来自压缩机级。劳斯莱斯也采取了类似措施，以防止涡轮叶片熔化。

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就像发动机制造商想要较大的涵道比一样，他们也希望发动机内部温度很高。“温度越高，核心运转效率就越高，”洛伦斯说。

核心涡轮机收集能量

空气过热后，在周末休息之前，它还有一项重要工作要做：转动涡轮。通用电气发动机有两个涡轮——一个高压涡轮和一个低压涡轮。“你有一束空气，里面有很多能量，”洛伦斯说。“你做这一切的原因是为了通过这些涡轮级释放能量。”

这两个涡轮机各有其特定的任务。首先，高压涡轮机“利用该能量并旋转压缩机，从而基本上驱动核心机，”洛伦斯说。“然后，低压涡轮机利用该能量并旋转轴，从而驱动风扇（发动机前部）。”

劳斯莱斯的 Trent 发动机与空客 A350 上的发动机一样，在高压涡轮和低压涡轮之间还有一个中压涡轮。在这种情况下，前两个涡轮使压缩机工作，最后一个涡轮为前面的大型风扇叶片提供动力。

简而言之：进入核心的空气被压缩，并通过燃烧燃料加热。然后它驱动涡轮机，其中一个涡轮机为发动机前部的风扇叶片提供动力。请记住，与核心排出的废气相比，绕过核心的空气为发动机提供了大部分推力。

布斯说，旁路空气“流动的速度比通过发动机核心的空气要低，但这种空气的质量很大，因此仍能产生很大的推力。”正是因为有这种推力，飞机才能飞上天空。