主题：【原创】关于喷气发动机的两个困惑 -- 晨枫

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……

划过空气的时候，桨叶产生的是‘动浮力’，也就是升力，这个升力对比桨叶划动时遇到的阻力大很多了。

这种连续介质的问题挺伤脑子的，看火箭原理时好多没太弄明白。

粗略讨论下，考虑两张极限情况：

1 以大气为参照系，飞机速度为V，喷出的气体对飞机的相对速度为-V，这样，喷气对大气的速度为0，也就是说喷气的动能为0，燃料能量都用于推动飞机前进。显然此时效率最高

2 同上，飞机不喷气体，改喷光子，相当于个特大号蜡烛，推力可以忽略，能量都变成光了。

涡轮喷气比涡轮风扇外涵道的喷气速度快多了。

在这里动能和参照系没有关系吧？不然的话，飞机速度为V，喷气速度也为V，发动机里热能转化到什么地方去了呢？

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。

动能以地球做参照系比较方便

对于匀速运动的飞机，飞机速度为V，喷气速度对飞机为-V，也就是说喷气对地速度为0，热能全部消耗在克服空气阻力上（升力也看成阻力）。

如果飞机速度为V，喷气速度对飞机为-2V，这样喷出的气体对地速度为-V。热能除了克服阻力外，还有一部分转换成了尾气的动能，这样效率就低了。

不管怎么取参照系，哪怕是非惯性系，结论应该是一样的，就是本人好久不碰力学，不知道怎么搞

但觉得你这样好像有点问题，说不清楚问题在哪里。

飞机还要吸气，这样就绕来绕去了。

火箭最简单，喷气速度和火箭速度一样时效率最高，喷气过快或者过慢都会降低效率

——喷气速度小于火箭速度时火箭其实还是可以前进的。

当然，涡轮发动机喷气速度一般还是高于飞机速度的。

也要消耗能量，不过大体上说我觉得这个算法是合理的

地面台架推力不考虑飞行速度，但飞行中的实际推力是要考虑飞行速度的：

推力＝喷气速度ｘ喷气流量－进气速度ｘ进气流量

如果不考虑燃油质量的话，喷气流量＝进气流量，所以喷气速度达到进气速度的时候，推力就消失了，不管你加多少油。