推進噴嘴是一個將工作氣體的內部能量轉化為推進力的噴嘴;它是形成射流的噴嘴,它將燃氣輪機(即燃氣發(fā)電機)與噴氣發(fā)動機分開。
推進噴嘴將可用氣體加速到亞音速、跨音速或超音速,這取決于發(fā)動機的功率設置、其內部形狀以及進入和離開噴嘴的壓力。內部形狀可以是收斂型或收斂-發(fā)散型(C-D)。C-D型噴嘴可以在發(fā)散段內將射流加速到超音速,而會聚型噴嘴不能將射流加速到超音速。
推進噴嘴可以有一個固定的幾何形狀,也可以有可變的幾何形狀,以提供不同的出口區(qū)域,從而在配備后燃機或再熱系統(tǒng)時控制發(fā)動機的運行。當后燃式發(fā)動機配備了C-D噴嘴時,喉部面積是可變的。用于超音速飛行的噴嘴,在產(chǎn)生高的噴嘴壓力比時,也有可變面積的發(fā)散部分。渦扇發(fā)動機可能有一個額外的和單獨的推進噴嘴,進一步加速旁路空氣。
推進噴嘴也作為下游限制器,其后果構成發(fā)動機設計的一個重要方面。
噴嘴根據(jù)文丘里效應運作,使廢氣達到環(huán)境壓力,從而形成一個連貫的射流;如果壓力足夠高,流量可能會被扼制,射流可能是超音速的。下面將解釋噴嘴在發(fā)動機反壓中的作用。
加速氣流的能量來自于氣體的溫度和壓力。氣體以絕熱方式膨脹,損失小,因此效率高。氣體加速到出口速度,這取決于進入噴嘴時的壓力和溫度,它所排出的環(huán)境壓力(除非流量被扼制),以及膨脹的效率。效率是對摩擦、非軸向發(fā)散以及C-D噴嘴中的泄漏所造成的損失的衡量。
噴氣式發(fā)動機通過產(chǎn)生大于其環(huán)境動量的廢氣噴射,給空氣帶來凈后向動量,從而在機身上產(chǎn)生前向推力。只要推力超過在空氣中移動所產(chǎn)生的阻力,它就會加速,所以速度可以,而且常常超過噴氣的出口速度。噴氣可能會也可能不會完全膨脹。
在一些配備有后燃器的發(fā)動機上,噴嘴面積在非后燃或干推力條件下也會發(fā)生變化。通常情況下,噴嘴在啟動和怠速時是完全打開的。