作戰飛機的發動機開加力,有時間限制嗎?

左明雪


在世界航空史上,蘇聯研發的截擊機米格25是一個非常另類的存在。身為戰鬥飛機,它卻保持著多項軍機世界紀錄,其中包括最大戰鬥飛行速度記錄(3.2馬赫),最大固定翼飛機飛行高度記錄(37650米)和最大戰機爬升速度記錄(海平面到25000米:2分34秒)。達到這樣的超級性能著實廢了蘇聯設計師好一番功夫,除了暴力的採用不鏽鋼材質機身外,還為它研製了不限加力時間的超強發動機,要知道加力時間無限制這一絕活連F22都沒有。

採用不鏽鋼機身這個事情很多人都知道,這是因為在米格25的急速狀態下,機身與空氣的摩擦會產生巨大熱量,局部溫度會上升到300度以上,超出了航空鋁的承受能力。而當時的蘇聯加工鈦合金的技術還沒有這麼高,無法用耐熱更高的鈦合金代替鋁材,因此設計師只能折中,用性能足夠但質量很大的不鏽鋼蜂窩夾層製造米格25的蒙皮。

另一項絕活就很少有人知道了,這就是米格25的發動機能保持長時間的加力飛行而不產生故障。渦輪發動機的推力一般分為軍用推力和加力推力兩個檔位,軍用推力指的是發動機在不啟動加力的狀態(即正常飛行狀態)下能達到的最大推力,加力推力就是啟用加力時能達到的最大推力。

渦輪發動機噴出的尾氣中雖然已經含有大量的燃料廢氣,但氧氣還沒有被完全消耗,推力還有進一步提高的可能。加力系統就是在發動機渦輪後部和尾噴管前部的這一段連接區域里布置額外的燃油注入系統,當油箱向這片區域中注入額外的燃油時,燃油就會再次燃燒,燒盡尾氣中的幾乎所有氧氣,從而大幅提高發動機的最大推力。

但加力不能維持太長的時間,一是加力時飛機的燃油消耗比不加力提高了近十倍,加力五分鐘相當於普通飛行50分鐘,很快就會消耗掉所有燃油。二是加力會放出大量的額外熱量和推力,發動機渦輪難以承受,有可能導致渦輪故障甚至碎裂。包括F22在內,全世界絕大多數戰機都不允許加力飛行超過5分鐘,否則就會面臨燃料耗盡和發動機故障的風險。

米格25最初的加力限制也是5分鐘,但蘇聯飛行員的粗狂風格眾所周知。1980年蘇聯顧問團(實為僱傭兵)帶著伊拉克訂購的大量米格25抵達伊拉克基地,在與對手伊朗F14的幾次交手中,飛行員很快發現加力推力時間放寬到8分鐘也沒什麼不妥。後來駐伊拉克的飛行員專門組織了一次極端加力時間測試,在地面上米格25的發動機維持了長達45分鐘的加力推力狀態,隨後的檢測證明了這對發動機不產生任何不良影響,最後蘇聯乾脆取消了米格25的加力飛行時間限制。


霹靂火軍事


有,不是油不夠燒就是尾部過熱受不了

航空發動機的加力燃燒室是佈置在渦輪機後面,尾噴管的前方。佈置在渦輪機前的正常燃燒室,燃燒後產生的氣體要驅動渦輪機做功,因而產生的推力較為經濟。而加力燃燒室是用正常燃燒室產生氣體中的剩餘氧氣進行補充燃燒,靠增加熱膨脹率直接做功。所以燃燒不徹底,工作效率低,產生的推力油耗率非常非常高,差不多是正常燃燒室的3倍。


以美軍F-15E戰鬥機的F100-PW-229渦扇發動機為例,其非加力狀態最大連續油耗率是0.66(單位是千克/牛/每小時,下同),而加力油耗率是2。也就是說一架F-15E戰鬥機如果兩臺最大推力13噸的F100-PW-229渦扇發動機加力全開,進行最大推力飛行的話,每分鐘要燒掉半噸的燃油,而如果不使用加力的話,最多分鐘也就用174公斤的燃油。

所以大部分飛機最大問題在於,開加力的話,油不夠燒。即使是F-15,其內部油箱可以達到6.18噸,加兩個CFT保型油箱的3.6噸,最多湊9.8噸燃料。扣下20%用來起飛和降落,最多也就只夠15分鐘的全加力飛行。這就是為什麼說5.5噸內油的F-4E鬼怪,其極限速度持續時間只能維持5分鐘。


另一方面就是發熱量的問題,前面的燃燒室燃燒地位廢氣還要驅動渦輪機,所以對於溫度進行控制。而加力燃燒室不需要,所以其燃燒溫度可以達到2000°,雖然大部分是逃逸做功,但還是會有5%左右的熱能被髮動機桶身吸收。所以長時期開加力的話,發動機熱量太高受不了。
黑鳥的J-58發動機長時間開啟加力,加力燃燒段被燒的通紅

所以,大部分戰鬥機都不能連續開加力,只有需要時才開啟會。之所以用大部分,是因為還有個最後的帝國截擊機--米格-31。


米格-31內部油箱達到16.35噸,接近於一架蘇-27的空重。其D-30F6渦扇發動機設計了兩段加力模式,可以長時期開啟部分加力,從而進行半小時的2.32馬赫速度巡航。


五嶽掩赤城


戰鬥機開加力是有時間限制的,這主要是因為航空發動機在進行開加力飛行的時候,由於是人為通過消耗更多的燃油,來加大發動機的推力,這麼做對發動機內的零部件的損害是非常大的,因為航空發動機的工作溫度很高。

比如著名的F22戰鬥機的發動機F-119的燃燒室正常工作溫度大約在1700K左右,但是如果打開加力燃燒室進行加力工作的話,那麼這個溫度將會達到2500K左右,而這樣的高溫,對於發動機零部件的傷害是非常大的。

所以如果一架戰鬥機經常進行加力飛行的話,那麼它所裝備的發動機壽命就會迅速降低,因此為了減少損失,如果沒有特殊需要,戰鬥機飛行員一般是不會進行加力飛行的,而且即使進行加力飛行,飛行員也會對加力工作時間進行限制,以避免發動機因為溫度過高而導致故障。

在軍事歷史上就曾經出現過,因為長時間加力飛行而導致發動機報廢的案例,那就是在阿以戰爭期間,埃及的米格25偵查被以色列發現後,飛行員為了儘快逃離以色列戰機的追擊,將飛機開到了2.7馬赫並做長時間飛行,雖然這架戰機最終逃脫了以色列戰鬥機的圍堵,但是等落地之後,該戰機的發動機因為加力時間太長直接報廢了。

此外戰鬥機想要進行加力飛行,是以單位時間內消耗更多的燃油為代價實現的,也就是說戰鬥機在進行加力飛行時,往往都是做超音速飛行,這樣會導致消耗的燃油是正常飛行時的數倍,由於戰鬥機所攜帶的燃油是有限的,所以這麼做會大大縮短戰鬥機的滯空時間。

比如我們國產的殲七戰鬥機,他如果不開加力只是做正常的巡航飛行的話,大概加滿油能夠飛一個半小時,但是如果進行加力飛行,那麼飛上十幾分鍾就必須要返航,因為然後消耗太大,如果不返航就會有可能因為燃油消耗完畢而掉落。


落下m


現代戰鬥機從二戰結束之後,開始進行動力系統升級進階,從傳統的活塞式發動機系統轉變成噴氣式發動機動力,在這種動力系統變更的基礎背景上,戰鬥機的總體氣動、結構、航電等分系統也隨之進行進化設計,從而形成了各類形式多樣、外觀各異的戰鬥機。

按目前的航空工程技術等級來劃分,一般將戰鬥機分成四代級別(俄羅斯分成五代):

第一代、噴氣式戰鬥機(亞音速或者1倍超音速)

這一代算是剛剛跨入噴氣式時代,對於性能的追求主要集中在實現超音速飛行即可,典型產品如米格-17/19、美國F-84/86等,這一類戰鬥機動力系統往往採用早期渦噴發動機,亞音速飛行;後期配置帶有加力燃燒室的渦噴發動機之後,在空中飛行時啟動加力燃燒時,依靠向發動機注入更多燃油來提高發動機推力輸出,從而實現超音速飛行。

不過這種手段的缺點也是很明顯,就是燃油消耗不是過大,而是極大,這一代戰鬥機超音速飛行時間往往控制在10分鐘以內,時間再長就不可以了。

第二代、兩倍音速超音速戰鬥機

這一代戰鬥機算是對於速度的追求達到巔峰了,往往採用大推力渦噴發動機、三角翼技術/大後掠技術,實現了2倍馬赫數、2.5倍馬赫數甚至3倍馬赫數的極速,從而讓這一代戰鬥機可以實現極速截殺戰術,典型產品如米格21、米格25、F-4等。

不過發動機本身技術並未實現質的飛越,依然是依靠加力燃燒室來實現,所以,高速飛行依然需要控制時間,大體上10-15分鐘。不過如果有空中加油機的幫忙,那就可以適當放寬飛了。

第三代、跨音速超機動戰鬥機

這一代戰鬥機強調是在亞音速和超音速之間的機動飛行能力,不再追求高速性能,典型產品如米格-29、蘇-27、F15/16等。這種戰鬥機基本上採用小涵道渦扇發動機,燃油經濟性能要優於之前的渦噴發動機,但是如果要超音速飛行依然需要使用加力燃燒室,所以,超音速飛行時間還是比較短,大致控制在15分鐘以內。

第四代、隱身戰鬥機

這一代戰鬥機對速度的追求就提升到一個很高的層次了,在渦扇發動機不開加力的情況下就要可以進行超音速巡航飛行,這種巡航飛行能力至少要能夠在保持40分鐘以上的時間才算是超音速巡航。換句話說,就是要讓發動機正常工作狀態下的推力輸出達到第三代戰鬥機開加力的水平。

目前這種戰鬥機也就是美國和中國擁有,F-22/35和殲-20,俄羅斯的蘇-57還差點。

這個問題呢就回答到這裡吧。

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老鷹航空


有的啊之前在討論飛機推力的時候,說到了,一架戰鬥機如果開加力飛行,那麼油耗就是超級驚人的。不過引來一群槓精覺得W君計算失誤。

其實大家都知道發動機的推力是多少多少千牛,那麼就得再知道一個數據——發動機油耗。

以F-35上面的F-135發動機為例,其最大推力為191.35 kN,在最大推力的時候,油耗量達到了250g/kN·s,也就是每秒耗油量47.84公斤。而F-35的最大燃油量只有8390公斤。這樣即便是滿油的狀態下也只能飛行175.3秒的時間,也就是不到3分鐘的時間。


其實在開加力過程中,大部分燃油是沒有在發動機內燃燒形成推力的。而是將熱量白白的消耗到了尾燃的空氣中。


很多人提到的,發動機加力其實就僅僅在特殊情況下才會使用,並不是一個使用常態的。這讓W君就想起來另外一件事情——機槍,機槍的射速在每分鐘800-1500發,即便是士兵帶著2萬發子彈也頂多能打15分鐘,是吧,通常士兵只帶500多發機槍彈。那麼打完了士兵就可以回家了嗎?當然不是,機槍射速高也不代表機槍手在一分鐘內扣住扳機不放的。

道理都是一樣的。


軍武數據庫


目前裝備的各種戰鬥機都是具備超音速飛行能力的,人類發明了噴氣發動機之後才具備規模的實現超音速飛行。當然世界上第一個進行超音速飛行的並不是噴氣式戰鬥機,而是一架使用火箭發動機驅動的特殊的飛機,這架飛機是用來驗證超音速飛行的各種條件的,為後來的超音速飛機的研製奠定了基礎。如今的戰鬥機的超音速飛行已經是一個基本的指標,通常超音速飛行都是通過發動機加力燃燒來實現的。

戰鬥上使用最多的發動機就是渦扇發動機,渦扇發動是在渦噴發動機的基礎上改進而來,渦扇發動機已經是戰鬥機的主流發動機,但是如今還是與不少戰鬥機仍然在使用渦噴發動機,其中就包括米格-21戰鬥機和我國研製的殲-7系列戰鬥機,甚至殲-8F戰鬥機也是使用渦噴發動機的。戰鬥機要實現超音速飛行需要通過加大發動機推力來實現,目前使用最多的就是在才有後燃加力的方式,就是通過往發動機燃燒室之後噴射航空煤油燃燒產生更多的推力。

戰鬥機對於使用加力燃燒是有時間限制的,加力燃燒除了會影響發動機壽命之外還有一個影響的後果燃油的消耗,因為加力然後就是向發動機內部噴射更多的航空煤油。通場加力燃燒是在大載荷起飛的階段或者要實現超音速飛行的時候才會使用,一般情況下不會持續超過15分鐘,否者燃油消耗過快就成問題了。

不過目前的第五代戰鬥機中的部分型號實現超音速飛行的時候不需要打開加力,只要發動機推力加上去就可以實現超音速巡航的功能。所謂超音速巡航就是連續30分鐘超音速飛行,美國空軍的F-22A猛禽戰鬥機就具備這個能力,但是同樣的第五代戰鬥機F-35閃電II就沒有超音速巡航能力,也就是說這款戰鬥機也是不能連續加力飛行的。


航空視界


飛機開加力是有時間限時的,時間限制,戰機燃料有限制,一般開1分鐘加力等於減少5到10分鐘續航時間,開5分鐘加力飛機就必須返航。其次是對發動機有損耗。長時間開加力會增大渦輪盤溫度,可能導致發動機部件融化,引起飛行事故。因此在實際中不能長時間開,只在空戰中擺脫雷達鎖定或高速突防,高速截擊時使用。


武器洞察者


必須有。但是,具體時間長短取決於發動機設計製造水平的高低。飛行中打開加力時間過長,甚至會導致發動機報廢,俄製戰機持續加力飛行設計一般不超過五分鐘。甚至像米格15、米格17那個年代,發動機開過加力落地後,發動機就報廢了。

開加力對飛機發動機的損害非常大的,嚴重縮短髮動機維修保養週期,甚至對發動機壽命有影響,所以空軍訓練通常不允許飛行員擅自使用加力功能。


崴腳的崴


軍用戰鬥機打開加力式發動機,處於富氧燃燒狀態,是正常飛行時燃料消耗的3-4倍。發動機加力燃燒室,熱負荷嚴重。這些都嚴重限制了戰鬥機開加力的時間。

因此每種戰鬥機在飛行手冊上都會給飛行員設定開家加力的時間範圍。


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有時間限制!加力燃燒室所供給的油雖然不是單獨油箱供給,但開加力時間是有限制的,如殲八飛機,正常加力飛行時間不能超過十五分鐘,所以,不同飛機有不同的加力限制時間。


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