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原创 同样是航发,为什么战斗机能喷火,客机却不能?不会熔化吗?

我们经常可以看到,战斗机高速起飞时,其尾喷管往往会拖着橙色或浅蓝色火尾呼啸着腾空而起,画面非常绚丽。战斗机的发动机尾喷口经常出现“喷火”现象,其实这是发动机的尾焰。实际上,并不是战斗机在喷火,而是战斗机的发动机在喷“火”,这里的火指的是高温气流,其温度在550℃——850℃之间。可以经常看到,有的战机发动机喷的是红火,有的喷的是蓝火。红色火焰的温度低,蓝色火焰的温度高。一般来说,当看到战斗机发动机喷蓝火时,那一定是开了加力。

一般情况下,只有战斗机开加力时,才会看到喷火的状况。战斗在满载起飞、或者大力爬升、或者超音速飞行时,会打开加力助推,这样可以获得40%至70%的额外推力。 那么火焰怎么产生的呢?加力燃烧室喷出大量雾化燃料,在狭小的空间无法充分燃烧,剩余航油在机体外燃烧产生的光线就是喷口火焰。此外,火焰的颜色不仅与火焰的温度有关,还与工作原理、燃料添加剂,以及喷口金属成分有关系。单从火焰颜色来判断谁的发动机性能更优异并不合理。

战斗机的发动机在工作时,温度往往很高,动辄几百上千摄氏度,所以网友们很好奇的一个问题是,既然温度这么高,那么发动机和它的尾喷口为什么不会熔化掉呢?事实上,航空发动机里面温度最高的位置并不是燃烧室,而是高压涡轮前俗称为“涡前”。涡前温度高达1300℃-1800℃,燃烧室的温度在800℃-1150℃之间,压气机出口的温度是590℃-695℃之间。

而尾喷管处的温度在航空发动机整体中处于中下,但是开加力时,其尾喷管的温度就会高达1500℃。当然发动机并不是普通材料做成的,而是使用了耐高温金属和耐高温涂层,这才保证了它超强的耐高温能力。一般来说,航空发动机尾喷管的材料为镍或者钛,由于战斗机的机体承受不了较高的温度,所以,在设计在尾喷管时,还必须避免尾喷管中的高温向战斗机的机体传导。也就是说,航空发动机尾喷管采取了多种措施,以隔绝热量的传导,论航空发动机开不开加力,都不会对战斗机的机体造成影响。

而航空发动机,最核心的当属高压涡轮中工作的叶片,这种叶片得工作环境极为恶劣,必须要在高温,高压,强向心力的作用下稳定的旋转,而不能出现,裂纹,断裂,蠕变等现象。如此一来,高压涡轮叶片对材料的要求就更高了。除了使用耐高温材料外,还得在叶片上喷涂隔热涂层以及采用气膜冷却技术。这两种技术可以提高叶片的耐热温度近700℃,再加上叶片材料本身的耐近1200℃的能力。也就是说,涡轮叶片可以承受近1800℃的高温。

由此可知,航空发动机对才才材料的性能要求极高,根本就不是一般国家搞得定的。现如今,也只有美,俄,英,法,中,日这几国拥有研制航空发动机的实力。“工业桂冠”的美誉并不是随便说说的,只有才材料基础上去了,大推力航空发动机的研发才会水到渠成。

那么又有问题来了同样是航空发动机,为什么战斗机的发动机可以喷火,而客机的发动机就不能呢?其实,不论民用还是军用,现在主流喷气式飞机的发动机都采用的是一种名为涡轮风扇发动机(Turbofan Engine),简称涡扇发动机,其实就是使进入发动机机舱的低温低压空气通过若干风扇和涡轮组加压加热后,变成高温高压空气并在燃烧室中点燃后从尾喷口喷出,以实现将输入时的低能量空气变成输出时的高能量空气。

简单来说就是民航飞机发动机的涵道比大,而军用飞机的涵道比小的缘故,由于,涵道比高的发动机,大部分的动力来风扇加速的外涵道空气,所以这种发动机的外涵道往往较短,内涵道的尾气不与外涵道气流混合,而由喷口单独排出。高涵道比发动机在亚音速时有非常好的能效,通常用于客机、运输机和战略轰炸机等。而涵道比低的发动机,大部分的动力来自驱动核心机的内涵道尾气。这种发动机通常使用混合喷嘴,即内涵道的尾气在与外涵道气流混合后再行排出,也就是我们看到战斗机喷火的现象。以高油耗为代价,获得更大的推力和加速度。低涵道比发动机可用于超音速飞行,通常用于战斗机。

总而言之,最后便是因为这样过于消耗油量,对于民用客机而言,节能也是更为注重的一点,而且客机也不需要过快的速度,相对平稳才能保证乘客的舒适度,所以民用客机不会见到喷火现象。

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