你能解释一下喷气推进发动机是如何工作的吗？

辛辛那提大学航空航天工程和工程力学教授阿瓦特夫·哈米德提供了以下解释

喷气推进通过大幅提高可能的速度和高度，从而实现太空探索，彻底改变了飞行科学。喷气推进指的是反应器对物质喷射所产生的动作。例如，当典型火箭（如烟花中的火药）中的物质被点燃时，由此产生的化学反应会产生热量和气体，这些热量和气体从火箭中逸出并使其向前移动。燃烧所需的氧气是在火箭本身中携带的（在罐中或以组合形式），因此火箭推力与大气无关。其他喷气推进装置则依赖于吸入发动机的空气来提供必要的氧气。燃烧释放热量后，热气体加速通过发动机，使得出口速度大于入口处的气流速度。

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在自给式火箭发动机和吸气式喷气推进动力装置中，可以产生的推力与在给定时间内从装置中喷射出的物质质量以及物质相对于装置的速度增加成正比。因此，可以通过两种方式产生相同的向前推力：在给定的时间段内，向后喷射大量低速物质（如在涡扇发动机中），或者喷射少量高速物质（如在涡轮喷气发动机和冲压发动机中）。质量的两个来源是推进剂或燃料，以及氧化剂或空气。

燃料包含大量的势能，这些势能在燃烧过程中迅速释放。一部分热能转化为有用的功，使车辆在空气中或太空中移动。然而，另一部分以喷气机的动能形式损失并消散到大气中。现代商用飞机发动机中使用的高燃油效率的涡扇发动机试图最大限度地减少后一部分。为此，它们在给定时间内，对通过发动机的大量空气的燃烧产物施加适度的速度增加。但是，满足更高超音速飞行要求的涡轮喷气发动机和冲压发动机的燃油效率较低。

已经开发了各种类型的喷气发动机，以在各种飞行速度和高度下提供所需的推力和发动机性能。吸气式涡轮喷气发动机、涡扇发动机和冲压发动机按照相似的原理运行，因为它们在燃烧前提高吸入的空气压力，并在喷嘴或排气系统中排出前膨胀高能气体。在涡轮喷气发动机中，吸入的空气在进入燃烧室之前先经过压缩机以增加压力，然后在排气喷嘴中加速之前再经过涡轮机。然而，冲压发动机没有运动部件；它通过减速入口扩散器中高速吸入的空气产生冲压压力升高。冲压发动机只能在高速超音速下运行，因此需要另一个发射装置（例如火箭或涡轮喷气发动机）将其加速到所需的速度。

在一定的高度以上，大气密度会降低，喷气推进仅适用于携带自身氧气的火箭发动机。火箭发动机使用固体或液体燃料。固体火箭是最古老的类型，其主体包含燃烧室和与氧化剂混合的固体燃料。当燃料被点燃时，燃烧的气态产物通过喷嘴加速以产生推力。在液体火箭中，燃料和氧气储存在单独的罐中，并以受控的速率送入燃烧室。