主题：【原创】关于喷气发动机的两个困惑 -- 晨枫
家园 楼下说的都太复杂，其实很容易理解。 类似要把一个石头运上山，若直接提升，做个电梯一类的装置，那么要克服的就是重力。几十吨的东西要悬浮起来并且做机动，能耗不是一般的大呢。 而换个思路，修个坡道慢慢推上去，那么相对小的力量也可以做到。因为爬坡把做功的过程延长了，那么同时间内需要提供的动力就可以减少。“动浮力”用这个方式理解不知道是不是恰当。
此外引申出的观点还有：
1、单纯向上的做功，动浮力应该不省油，但是可以减少功率需求。
2、考虑到飞机不仅仅是向上飞（火箭才需要直接向上），还需要多方向机动，则动浮力会更容易调节。
向上飞最省燃料的方式就是火箭，呵呵，若还要向前飞，考虑加个翅膀吧……
家园 你这样想 你这个垂直向下喷气的东东算A，利用机翼获得升力的算B。
在两者都无动力时，你把它们放在同样高度往下扔，肯定是B后落地，这说明B向下的阻力比A大。
把这向下的阻力看作升力（这个阻力自然是向上的），为了平衡让它们不往下掉，需要给B补足的向上升力自然是比A小，也就是说从能量守恒的角度说，B比A省油。
家园 可以这么想 不知道为什么，一直忘记回复这个问题，现在补上。
人在水里游泳的时候，首先要浮起来，可以水平着往前游，也可以“站着”踩水同时往后划水，哪一个费力？肯定是前者，因为前者在前行的同时产生一定的“动浮力”，说他是动浮力，因为同样的姿势如果停下来了就要下沉。飞机也是一样，用机翼产生动升力的效率比用发动机向下产生直接升力要有效得多。
从能量守恒的角度来说，保持高度意味着位能不变，所以最省油的是直接利用空气的静浮力，那就是气球；接下来是利用机翼的动浮力；再下来才是直接升力。
家园 你这样想。民航客机的推重比一般才0.2左右 你这样想。战斗机的推重比也就刚刚达到一。民航客机的推重比一般才0.2左右，就能用传统的方式亚音速飞行。0.2的推重比也就意味着，如果改用“垂直向下喷气产生升力，然后用很少的辅助动力向平行于地面方向飞行”的话，对于同样重量的飞机，发动机的推力需要增加5倍才能飞起来。
家园 考虑一下水平移动的速度 就会发现，兄台设计的飞机，单位时间的耗油量其实并不能说是省的
家园 怎么可能前者更省油呢？ 你这个垂直向下喷气推重比肯定要大于1才能飞得起来，喷气式飞机外形设计得好推重比＝0.4就能超音速。
家园 我想问的其实是，那么，为什么会这样呢？ 家园 根本原因应该是单位时间里推动的工质质量不同 除了气球类飞行器，比空气重的飞行器本质都是通过向下推动某种工质来获得升力F的。F来自于使工质获得向下的动量mv的反作用力冲量Ft。
Ft=mv，F=(m/t)v。F就是保持悬浮需要的升力，也就是悬浮状态下飞行器的重量。m/t是单位时间内下排的工质质量，对于喷气机就是单位时间内的喷气质量，对直升机就是螺旋桨单位时间内下排的空气质量，固定翼飞机是单位时间里机翼向下洗刷的空气质量。v就是这些工质获得的向下的速度分量。v越高，被工质带走的动能越多，不考虑其他因素的话，推进效率也就越低。
单靠发动机静止悬浮的状态下，无论何种发动机，在上口吸气的压力最大也就是1个大气压，这种情况下，进气速度基本上是由进气上口的面积决定的。
喷气发动机，上口吸气面积太小，工质是吸进来的空气加上单位时间内烧掉的燃料，总质量比较小，要产生足够的推力，只能增加喷气速度，也就是说喷出的工质里带有大量的动能，（在涡喷发动机的情况下，喷气本身又是炽热的，也要带有很多能量），结果就是效率大大下降，大部分能量都被喷气的动能和热带走了。这还是不计机械损耗的理想情况。
而假如加大上面风扇的直径，就可以显著增加单位时间里向下排气的总质量，结果向下排的气流速度就可以大大降低，这就是直升机的情况。
如果考虑涡轮轴发动机的直升机，这个道理就很容易理解了：如果把涡轮轴发动机竖起来，改成涡喷，同样的功率，绝对推不起一个直升机，因为它的工质质量太小，要产生足够的推力，喷气速度得相当的高，结果把能量都浪费在高温高速喷气上了。
固定翼飞机的机翼，本质上也是通过向下洗刷气流，靠推动空气向下运动的反作用力来获得升力的（其实直升机螺旋浆也只是把直线的运动变成旋转而已），具体怎么算我不知道，不过机翼单位时间里向下推动的空气总量是相当的大就是了。
假如是火箭发动机，工质完全来自于燃料，连空气都借助不到，情况就比涡喷还糟糕。唯一的办法就是直接把高温的燃气以很高的速度喷出去，效率自然是最低的。火箭的优势不是经济性，而是很容易把短时功率做得很大，以前也有军用飞机用火箭助推起飞的。
如果想要高效率的推进装置，那它推动的工质的质量是越大越好。比如说反重力装置，在地球表面上，推动的就是地球，那效率一定高。
家园 前者是靠蛮力托起来的。 后者是空气托起来，有点象在空气中滑行。
蛮力当然要耗油。
家园 戴三块手表就不会有两个困惑啦 现在都流行用数字说话，戴三块手表，两个困惑，哈哈。
家园 那就是三个困惑啦