噴射機引擎的構造與原理（全彩修訂版）

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內容簡介

搭乘飛機時，你是否曾經好奇過──
重達千噸的飛機是如何飛上天？
飛機又要如何才能平穩的起飛與降落？
這一切都仰賴「噴射引擎」！

噴射引擎雖然體積小、重量輕，
卻能產生巨大的推力，讓飛機翱翔天際。

■ 噴射引擎的原理是什麼？
■ 噴射引擎在飛行中所扮演的關鍵角色？
■ 噴射引擎又是如何演進？
■ 噴射引擎在起飛與降落時，又要如何操作？

完全解說＋詳細圖解
全方位解析噴射引擎的功能、歷史、基礎原理、系統、儀表到運用等面向，讓你徹底掌握「飛機的心臟」！

就讓我們一起來探究──
集結尖端科學技術於一身，
超過三十萬個零件組成的噴射引擎吧！

※本書初版為晨星出版《噴射機引擎的科學》

本書特色

◎噴射引擎職掌完全解說：以噴射引擎為主角，全方位解析噴射引擎的功能、歷史、基礎原理、系統、儀表等面向，讓你一探噴射引擎在飛機中所扮演的關鍵角色。
◎精美圖片解析：搭配上詳細插圖解析，讓您一目了然！

作者

中村寬治
航空解說員。出生於神奈川縣橫濱市，畢業於早稻田大學。在投身全日空航空公司30多年間，擔任波音727、747客機的飛航機械員，負責日本國內主要都市，以及超過世界10個國家、20個都市以上的航線任務。運用他在航線上獲得的飛行經驗，從事解說有關飛機內部構造、性能和飛機航行等的解說員工作，以及寫作的工作。主要作品有《飛機的構造與飛行原理》、《跟著飛行員一起開飛機》（晨星出版）等書。

譯者

溫欣潔
1978年生，台灣桃園人。東海大學日文系畢業，日本關西外國語大學留學一年。
曾任光電企業的日文口譯人員，譯有山葉鋼琴的數位鋼琴操作手冊、《超厲害的驅除害蟲科學法》、《認識摩托車的基本構造》、《跟著飛行員一起開飛機》、《如何影響他人的心理學》（晨星出版）等書。

目錄

前言

第1章 噴射引擎的工作職掌
1-01 什麼是引擎
1-02 噴射引擎在地面時的工作
1-03 噴射引擎在起飛時的工作
1-04 飛機的重量
1-05 什麼是升力
1-06 上下之間的力關係
1-07 前後之間的力關係
1-08 上升是靠引擎的力量
專欄1 暖機與冷機

第2章 從螺旋槳到噴射引擎
2-01 螺旋槳
2-02 螺旋槳的工作
2-03 往復式引擎
2-04 往復式引擎與螺旋槳
2-05 往復式引擎的極限
2-06 螺旋槳也有極限嗎？
2-07 渦輪螺旋槳的出現
2-08 渦輪噴射引擎
2-09 渦輪扇引擎
2-10 中短距離的噴射客機
2-11 巨無霸噴射客機
2-12 廣體飛機
2-13 雙引擎飛機
2-14 世界最大的雙引擎飛機
2-15 世界最大的客機
2-16 超音速客機（SST）
專欄2 地球真的是圓的

第3章 噴射引擎
3-01 氣球飛竄的力道
3-02 噴射引擎的力道
3-03 飛行時的推力
3-04 噴射引擎的形狀
3-05 離心式壓縮機
3-06 軸流式壓縮機
3-07 壓縮機的空氣力學
3-08 燃燒室
3-09 渦輪
3-10 排氣段
3-11 渦輪扇
3-12 風扇的大小
專欄3 動力操縱桿

第4章 啟動噴射引擎的系統
4-01 引擎外罩
4-02 進氣口
4-03 引擎防冰凍裝置
4-04 引氣（Bleed Air）
4-05 附件齒輪箱（accessory gearbox）
4-06 發電機
4-07 滑油幫浦
4-08 燃料幫浦
4-09 燃料槽
4-10 噴射引擎的加速器
4-11 額定推力
4-12 動力操縱桿的移動範圍
4-13 推力反向操縱桿
4-14 移動動力操縱桿後……
4-15 引擎控制裝置
4-16 啟動器
4-17 引擎啟動裝置
4-18 防火對策
專欄4 防冰凍裝置與外氣溫度

第5章 噴射引擎的儀表
5-01 引擎儀表的功用
5-02 噴射引擎的儀表
5-03 面板
5-04 N1計
5-05 N2、N3計
5-06 EGT計（引擎排氣溫度計）
5-07 能夠知道力量大小的儀表
5-08 EPR計
5-09 燃料流量計
5-10 滑油相關儀表
5-11 TAT計
5-12 ADIRS
5-13 FE（飛航工程師）儀表
5-14 ECAM
5-15 EICAS
專欄5 飛行員之間的相互確認

第6章 噴射引擎從起飛到降落
6-01 飛行從啟動APU開始
6-02 啟動APU（空中巴士A330）
6-03 啟動APU（波音777）
6-04 確認燃料量
6-05 引擎啟動的準備
6-06 引擎啟動
6-07 引擎啟動中止
6-08 啟動引擎防冰凍裝置
6-09 起飛推力與外氣溫度
6-10 起飛推力與氣壓
6-11 起飛推力的設定
6-12 設定起飛推力（空中巴士A330）
6-13 設定起飛推力（波音777）
6-14 起飛推力與飛行速度
6-15 開始起飛
6-16 起飛滑行時的引擎故障
6-17 起飛速度V1
6-18 起飛推力的時間限制
6-19 設定爬升推力（空中巴士A330）
6-20 設定爬升推力（波音777）
6-21 爬升推力有多大
6-22 剩餘推力與剩餘馬力
6-23 運用高度限度
6-24 設定巡航推力
6-25 巡航推力有多大
6-26 Drift down
6-27 ETOPS
6-28 全引擎停止
6-29 如何下降高度
6-30 怠速推力有多大
6-31 降落也需要力量
6-32 重飛

序／導讀

前言

早期的噴射客機總是從機身發出「叭叭叭、咚咚咚」的巨響，同時放出烏漆抹黑的黑煙飛離陸地。當時，這些「效果」，更令人感受到飛機不凡的動力。然而，對於不論是噪音或排氣規定都日益嚴格的現在，那樣的飛機已不會被准許飛行。 現在的噴射客機只要聽到「嘣」一聲，這個如同螺旋槳機的聲音後，在幾乎沒有排放黑煙的狀態之下就可以起飛，向天際飛去。這些改變，都要歸功於大型風扇（送來大量空氣的葉片）和引擎控制技術提升。
例如，控制送往引擎的燃料量，是燃料控制系統的職責。早期噴射引擎的燃料控制系統，都是透過彈簧及齒輪進行油壓式機械控制，也就是類比式的控制方式；而現在則都是透過電子式引擎控制裝置進行數位控制，燃燒效率也因此改善許多。
所謂噴射引擎，是利用氣體向後方噴射的反作用力讓飛機飛向天空的引擎。就算控制引擎的方式全部電子化，發揮噴射力量的原理也無太大的改變。因此，本書是以我自己實際操作噴射引擎的經驗為基礎，將重點放在：
■ 如何使力
■ 基本構造
■ 驅動系統包括哪些項目
■ 從飛機起飛到降落的操作

並隨時提醒自己：
■ 儘量不用專業用語
■ 多放進一些能夠理解的圖片
■ 用與實際情況接近的數值進行計算
■ 多舉周遭的實例

第一章，主要目的是為了讓讀者們能較容易理解第六章「從起飛到著陸」的內容，先為大家說明關於噴射引擎的職掌範圍，同時為了第二章之後會出現的話題，也針對升力做了一些簡單的說明。
第二章是從航空界歷史的角度，來說明為何噴射引擎會成為飛機的主角。活塞引擎的極限、螺旋槳客機和噴射客機的差異等話題，都會在這一個章節出現。
第三章則會說明噴射引擎使力的方式、內部構造，及現在的噴射客機採用渦輪扇引擎的原因。
第四章將解釋引擎是透過什麼樣的系統來發揮力量。除此之外，防冰凍裝置和防火裝置的構造也會是這一章節的重點。
第五章的主題是噴射引擎的儀表。從單一儀表到綜合儀表的顯示方式及其緣由，都將在此章節稍加著墨。
第六章是本書的重點，也就是噴射引擎的運用及操作。例如，當全引擎停止時的處置方式等，包括從飛機起飛到降落，所有與引擎相關的事項。
我由衷的希望這本書可以為對噴射引擎的構造或噴射客機的航運有興趣的讀者，帶來一點的幫助。
最後，非常謝謝科學書籍編輯部的石井顯一先生，這段期間受到他許多照顧，也藉這個機會向他致上衷心的謝意。

試閱

1-01 什麼是引擎？
──原動機與引擎

「引擎」本指透過精密的設計及加工，使各種物品得以轉動的裝置。雖然汽車與航空同屬交通運輸工具之一，但各自引擎所被賦予的名稱卻有不同。讓我們來看看差異的原因。
首先，日本習慣用「原付」這個名詞，指的就是本身附有原動機的腳踏車。在汽機車領域中（泛指日本道路交通法上所稱的自動車），所謂的引擎，稱為「原動機」。原動機指的是將所有存在於自然界的能量，如水、電、熱等等，轉換為機械式熱能的動力裝置總稱。這些所謂的自動車不僅僅利用熱能，像無軌巴士、油電混合車、電動車、電動摩托車等等還必須同時利用電能，其動力都來自於「原動機」。
另一方面，在航空法上的航空界，所謂的引擎則稱為「發動機」。這是因為目前客機所使用的引擎都僅能利用熱能轉換為動力。一般而言，提到引擎，也幾乎都是指透過熱能產生動力的裝置。不過，說不定不久的將來，將會開發出利用電能的推進裝置，航空界也能使用「原動機」了呢！
依據不同的熱能利用方法，引擎也有分為外燃機與內燃機。外燃機中最具代表性的就是可強力推動蒸氣火車頭的蒸汽引擎；內燃機則以能讓汽車高速行走的活塞引擎最具代表性。而本書的主角─讓客機於空中飛翔的噴射引擎則也屬於內燃機
之一。

1-02 噴射引擎在地面時的工作
──沒有力氣就無法工作

蒸汽引擎或活塞引擎的工作，就是要推動火車頭及汽車朝向目的地前進。噴射引擎卻不僅僅是單純地讓飛機向前，更重要的是必須產生足以支撐飛機停留在空中的升力。要確認這個最重要的工作以前，首先，讓我們先來看看噴射引擎在地面時的工作。
當引擎啟動前往跑道時，如果飛機夠輕，即使在怠速狀態下（等同於汽車不踩油門的狀態），只要把剎車放掉，就會自然地緩緩向前。不過，以一般飛機的重量而言，不提供大於引擎怠速時的出力，是無法讓飛機移動的。
一旦飛機開始移動，機輪與滑行道（往跑道的通道）之間的摩擦力會比靜止時的摩擦力還要小，只要持續提高引擎出力，飛機就會加速。如果要以一定的速度前進，那麼，引擎出力與摩擦力，也就是前進的力量與妨礙前進的力量就必須相
同，達到一個力平衡的狀態。這就像是開車時若想維持一定的速度前進，就必須固定以某種程度持續踩著油門一樣。
也許有人會覺得很困惑。如果前進的力和阻力相同，飛機不是應該停留在原地不動嗎？的確，當飛機處於靜止狀態，兩個力量相等的話，飛機是不會動的；但只要飛機開始移動，兩個力量相等便可使飛機以一定的速度向前。這稱為慣性。慣性擁有一個只要保持力量相等，就能持續運動狀態的性質。

1-03 噴射引擎在起飛時的工作
──在規定跑道內的重大工作

當飛機進入到地面上的目的地─跑道後，接著就準備飛向天空。所謂起飛，是在規定的跑道內，可以離地並朝向天空穩定上升的階段。
飛機，嚴格說起來是客機，並非是到了跑道終端才離開地面。起飛距離，是指從飛機的機輪離地（機身離開跑道而揚起）開始，一直到安全上升至跑道末端距離地面10.7m（35英呎）的高度為止的水平距離。因此，當飛機高度到達10.7m時，飛機才算是升空，而非機輪離地的那個時間點。
飛機之所以能夠升空，靠的是機翼產生的升力（藉由空氣所產生與飛行方向垂直的力）。不過，即便如此，並不表示升力必須大於飛機的重量才能將飛機送上空中。升力與飛機的重量之間是一種對等關係。當這種上下的對等關係被破壞，不只是飛機無法穩定地飛行，連機翼的強度也會受損。
因此，重達350噸的飛機要起飛所需的升力雖為350噸，但不表示引擎就必須提供350噸的出力。假設從機場航廈屋頂觀察飛機起飛的狀況，我們會發現重量為350噸的飛機升空所需時間為42秒27，距離則為2,600m。從這個觀測結果看來，引擎僅需提供不到飛機重量的三分之一，也就是約104噸的引擎出力，就能夠完成起飛。

3-01 氣球飛竄的力道
──飛竄的強度與力之間的關係

想要了解引擎構造或引擎推力之前，讓我們先思考氣球飛竄的原因以及令氣球飛竄的力量來源。
當我們放開吹飽的氣球吹氣口，隨著空氣瞬間噴出，氣球也跟著飛竄。不過這並不是因為吹氣口噴出的空氣擠壓周邊空氣所造成的。氣球之所以會這樣飛，與周邊空氣無關，而是氣球內所噴出空氣的反作用力。也就是說，氣球會以噴出空氣的強度，往反方向飛竄。同理可知，即使在沒有空氣的外太空，氣球也能夠飛竄。
噴出的空氣量愈多，或是噴出的強度愈強，氣球就愈會飛。就像丟棒球一樣，硬的球比軟的球飛得遠、球速愈快、球的態勢愈是強勁。從這樣的原理，會歸納出以下公式：
（氣球飛竄的強度）＝（噴出的空氣量）×（空氣噴出的速度）
此外，氣球飛竄的強度也會隨著時間產生變化，這是因為發生在氣球本身的作用力大小會改變。換句話說，每一秒鐘噴出的空氣強度會與氣球所承受的作用力相等，因此：
（氣球飛竄的力量）＝（每秒噴出的空氣量）×（空氣噴出的速度）
從這個公式我們不難了解，多少量的空氣、以多快的速度噴出，會決定氣球飛竄的力量。

3-02 噴射引擎的力道
──籠統的說，就與氣球無異

空氣之所以會從氣球內往外噴，是由於氣球內的空氣受到橡膠張力壓縮，使得氣球內部氣壓高於外部所致。就如同水往低處流一樣，空氣也會從氣壓較高的氣球內部自然地向外噴出。這證明了壓縮空氣擁有讓氣球飛竄的能力，換句話說，壓縮空氣本身是夾帶著能量的。
說個題外話，挾帶強風豪雨的颱風算是很恐怖的氣象現象吧。假設颱風的氣壓為980hPa，相對於1大氣壓力的1013hPa，氣壓差異僅有3%。這樣的微小數據變化一般人根本不會去注意，然而就在這麼一點點的差異中，竟然蘊藏了大量的能量。
噴射引擎的原理和氣球完全相同，利用壓縮空氣的能量向後噴射所形成的反作用力來取得推力。如水從愈高處流下，其衝力愈強。空氣也一樣，氣壓的差異愈大，空氣噴出的強度愈強。假設氣球內的氣壓和颱風一樣有3%的氣壓差異，也就是1.03大氣壓力，換成噴射引擎的話，可以壓縮到30大氣壓力，因此可以發揮極大的力量。
但是，不論壓縮空氣擁有多大的能量，飛機無法像氣球一樣僅靠壓縮空氣就飛翔。與即使在太空中都能飛翔的氣球不同，若缺少了製造升力的空氣，飛機是無法飛行的。因此，不像氣球那樣只需將壓縮空氣儲存，飛機必須不斷大量吸入周圍空氣後壓縮，再以連續噴射的方式才得以飛翔。

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• • 語言
  • 中文繁體
  • 裝訂
  • 紙本平裝
• • ISBN
  • 9786264204521
  • 分級
  • 普通級
• • 頁數
  • 224
  • 商品規格
  • 16*22.5*1.40
• • 出版地
  • 台灣
  • 適讀年齡
  • 全齡適讀
• • 注音
  • 級別

中文書＞自然科普＞科技/應用科學＞交通工具

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