喷气式战斗机喷出的不同焰色,会对发动机的效能产生影响吗?

阿穆哥20190428


现代战斗机采用的都是涡喷发动机或者涡扇发动机,其主要结构都是通过进气口吸收空气然后经过压气机增压后和燃烧室内喷射出的水雾状燃油一起混合燃烧,最后产生的燃烧状态的高温高压燃气从尾喷管喷出,由此产生的反作用力就能推动飞机向前飞行。但是我们也能发现一件很奇特的事情,那就是各种飞机发动机尾喷管所喷出的燃气颜色都不相同,有的红色,有的蓝色,还有的是白色,这又是为什么呢?莫非真的是苏系蓝色,美系红色?


(涡喷和涡扇发动机原理)

其实这个事情和国家并没有任何关系,而是和火焰本身的性质和产生条件有关,主要分为两种不同的情况。第一种是火焰的颜色受到火焰的温度的影响,火焰的本质其实也是高温气态和火焰的实质是高温的气态或等离子态的物质,这些物质根据温度的不同会向外散发不同的光谱的电磁波,从而呈现出不同的颜色,火焰在低温时通常向外散发红外线,因此呈现出红色,随着温度的增加,会逐渐出现紫外线,从而出现黄、白、蓝等不同的颜色。一般来说红色温度最低,大概3000℃左右,黄色次之,大约4000度,蓝色温度最高,在5000℃以上!


除了温度之外,火焰的颜色还受到燃烧是否充分的影响,如果燃烧不够充分,火焰中将会残留大量被还原的碳原子,而这些碳原子的光谱正好是橘红色的,因此燃烧不充分的火焰就会呈现出橘红色。如果在这种火焰中持续注入氧气,碳原子就会被氧化成为一氧化碳,而一氧化碳所反射的光谱是蓝色,因此这种燃烧充分的火焰就会呈现出蓝色。
(F22超音速巡航时,其尾焰为蓝色)

那么发动机尾喷管喷出的火焰燃气颜色的不同会对发动机的性能产生什么影响呢?如果火焰颜色是受到温度影响,那么温度越高,意味着推力越大,发动机的推力与尾喷管喷出的燃气流量和速度成正比,发动机尾喷管喷出的火焰颜色如果呈现蓝色,说明其燃烧室温度越高,燃烧室温度高,高温燃气在膨胀做工时的功率也就越大,也可以更快地带动压气机旋转,发动机的进气量增加,推力也随之增加,反之呈现红黄色则相反!目前第四代涡扇发动机的燃烧室温度能够达到2200度左右,已经十分接近航空煤油的极限燃烧温度!



(F35发动机黄色尾焰)

如果火焰颜色主要是燃烧充分与否导致的,那么蓝色火焰依旧会比红色火焰推力大!普通的涡轮喷气发动机一般具备两个燃烧室,一个主燃烧室,一个加力燃烧室,当油气混合气体在主燃烧室燃烧后,其实还有部分燃料空气没有被点燃,从普通燃烧室喷出的尾焰,那么因为燃烧不充分,这个时候大多数是红黄色的。
(未开启加力的AL31发动机,黄色尾焰明显)

为了提高发动机推力,大多数超音速飞机的喷气式发动机都会加装一个加力燃烧室,重新喷入燃油再次混合燃烧,这个时候火焰不仅温度升高,而且燃烧更加充分,因此火焰颜色自然呈现出蓝色,一旦开启加力燃烧室,发动机的推力会瞬间增加40%以上,但是油耗也会急剧上升!(F-22战机的F119-PW-100发动机开启全加力状态测试,火焰呈现出明亮的蓝色,这就是燃烧十分充分的表现)


军武吐槽君


至于美式的红色火焰和苏式的蓝色火焰,我的理解是可能由于两者燃油喷嘴的设计结构不一样从而导致喷嘴的燃油燃烧程度不一样,一般来讲燃油如果燃烧的比较彻底,火焰的颜色就是蓝色,而如果燃烧不彻底,就是红色火焰。

补充一下:因为俄罗斯发动机相对比较耗油,因此俄罗斯的发动机开加力主要是靠增加燃油的的利用度,实现最大利用率,而美国开加力是通过增加燃料的燃烧量实现的。


安哥带你看英国


实际上,发动机喷什么颜色的火焰,跟美式苏式没啥关系。美式=红火,苏式=蓝火,这明显是一种误区。不信我们就来看看几张图:

米格-21喷出来的,这是红火还是蓝火?

米格-29度尾焰,这是红火还是蓝火?

米格-25,这火焰红的不能再红了吧

F-22 F119发动机试车照片,蓝的不能再蓝了

F-35开启加力释放出的尾焰,明显是蓝色的

B-1B喷出来的,还是蓝火:)


蓝火红火到底是什么决定的?

首先我们要知道的一点是,我们看到的发动机尾焰其实都是加力燃烧室喷油燃烧形成的,如果不开启加力,那么发动机是没有尾焰的。发动机的尾焰颜色代表的是色温(注意,不是温度)的差异,蓝色的火光色温是高于橙色的。对于航空煤油这种碳氢燃料而言,火焰发红光还是蓝光主要取决于富氧程度。氧气足够多的情况下,油料属于富氧燃烧,充分放热,此时的火焰是CH分子基团的本征色——蓝色。橙红色火焰的情况稍微特殊一点,如果氧气不充足,雾化的燃油燃烧的不够充分,此时属于富油燃烧,火焰的颜色就会变橙红,而一些无法继续燃烧的碳氢物受到火焰的炙烤后吸热后热辐射发光,产生白炽的颜色。虽然发动机的蓝色尾焰色温较高,但是其实总放热量并没有发出橙黄色的尾焰时高。

F100开启加力推力,颜色是从蓝变橙红的一个过程

由此可以知道一点,那就是当战斗机开启少量加力的时候,由于喷油量少,氧气富余,所以战机喷出来的火焰就是细长苗条的蓝色火焰;而当战机开启全加力的时候,比如在航母上起降的战斗机,喷出的火焰就是非常粗而且是橙黄色的火焰,我们以下图飞行中的F-14和起降状态的F-18对比就可以看到这个差别:

F-14加力火焰呈蓝色

歼20起飞时喷出的蓝火

F-18全加力火焰呈红色,而且十分粗壮,外焰不稳定,属于扩散燃烧


要说为什么给大家一种苏式战机就是蓝火,美式战机就是红(橙)火的印象,其实主要还是美国发动机允许富油燃烧的工况较多,而俄式相对较少。这主要还是和美国发动机寿命更高有一定关系,加力燃烧室和尾喷管的耐高温材料上美国显然是遥遥领先的;F-22和其他战机上已经应用了阻燃钛合金,陶瓷基复合材料以及树脂复合材料。而俄式发动机由于本身寿命就比较低,平时训练如果经常开启大加力,就会使得发动机使用寿命更低。所以发动机的设计和工艺水平,也决定了飞行员的操作习惯。所以我们在俄罗斯及中国Su27系列战斗机的日常作训中,更多看到的还是飞机冒蓝火的情况。


F-119的尾喷口用上了阻燃钛合金材料


纸上的宣仔


这个问题太绝对了,没有完全固定的美式发动机喷红火而苏式发动机喷蓝火这么一说,同时也并不是就代表美式战机发动机只能喷红火而苏式只能喷蓝火。

以最具有代表性的美国F-22隐身战机为例:

这张图可以很直观的反映F-22发动机尾焰颜色情况,上图的F-22确实是红火,但是下面这张在测试台上的F119发动机喷的是完完全全的蓝色尾焰。

而这张F-15的动态图又可以更直观的反映,美式战机也是会喷蓝色尾焰的,而且这张动图中F-15喷的蓝色尾焰中还带有白色。

那么下面再来看一下苏式飞机,拿图-160轰炸机做一下例子:

上面的图-160NK-32加力涡扇发动机喷出的是非常明显的橘红色尾焰,而下图NK-32加力涡扇发动机喷出的是所谓的苏式的蓝色尾焰。

通过这几张图片我们可以大致的知道,关于所谓的将美式战机尾焰颜色和苏式飞机尾焰颜色完全固定下来的说法是错误的。但是,为什么又会经常出现这种所谓的美式苏式区别开来的情况呢?而网上经常出现的有一种说法称是因为燃料不同而导致的,其实这种说法是错误的。



而这其中真正主要的就是两个原因:

① 燃料与空气混合后是否充分燃烧

一般在正常情况下我们都是看不到战机的尾焰的,只有在战机开启加力燃烧室的时候我们才会看到,而开启加力燃烧室我们知道当然就是为了获得更大的推力。一般来说蓝色尾焰代表发动机内喷出的燃油与混合的空气之间发生了充分的燃烧反应,而出现橘红色就代表喷出燃料没有发生充分的燃烧,这是因为苏式发动机为了延长发动机使用寿命保护发动机通常采取缺油燃烧,所以开加力的程度就小。而这一点我们在家烧天然气也深有体会,当将火力开到最小时喷出的天然气量很少充分燃烧为蓝色,当将火力调到最大时喷出大量的天然气火焰为橘红色。



而美式发动机一般都习惯于采取富油燃烧的方式来榨取发动机的最大推力,因为人家发动机厉害可以为所欲为啊。而一般蓝色尾焰代表其温度已经达到了2500摄氏度,而橘红色尾焰一般在1000℃。

而这,也从另一方面表明了美式发动机寿命和推力为什么都高于苏式发动机的原因。

第二个也是最重要的一点,两种发动机的加力燃烧室的位置布置不同



美式发动机为了考虑战机的红外隐身性能将加力燃烧室的位置设计在了发动机内部较深的位置,而苏式发动机的加力燃烧室的位置设计在了靠近尾部的地方,另外有的美式战机发动机喷出的火焰还会经过一些降温处理,所以在喷出发动机后就会变成温度较低的橘红色,而本来加力燃烧室就靠近尾部又没有经过什么处理的苏式发动机的尾焰自然就呈现为蓝色啊。



迷彩眼观世界


战斗机发动机之所以会喷火,是因为飞行员打开了飞机发动机的加力,燃油雾化之后直接喷入了发动机后部的加力燃烧室点燃,产生强大推力的同时也产生了高温尾焰。飞机在加力状态下喷出的尾焰是一节一节的,叫做马赫环。▼这就是战斗机在打开加力状态下的马赫环,图中这架麦道F-3H demon战斗机已经喷出长长的尾焰,马赫环清晰可见,说明此时飞行员已经将油门推到底,打开了加力。
的确,在大多数情况下,美式的战斗机发动机尾喷管火焰是红色的,苏式是蓝色的。但也并不绝对,有时候美系战斗机也会喷蓝火,苏式战斗机也不是没喷过红火。战斗机发动机喷出火焰的颜色,是因为温度差异,而不是所谓的美国战斗机就是红色,而苏式战斗机就是蓝色。▼这款战机大家不陌生吧?美国大名鼎鼎的B-1B“枪骑兵”远程战略轰炸机,它这个时候也打开了加力,发动机拖着长长的尾焰。这个时候它就是蓝色的!

所以说
战斗机发动机火焰颜色问题其实根本不必纠结什么,美红苏蓝,而是因为它的温度不一样。火焰颜色是怎么来的呢?从原子角度看是高温使电子能量加强,电子向更高能级跃迁,吸收能量的同时,在火焰各层情况也不同,还有向低能级跃迁的电子,同时释放光子,构成可见光。而可见光的能量我们知道,是按照红橙黄绿蓝靛紫的顺序增强的,紫色光的能量最强,所以也是温度最高的。这七种可见光就包括蓝色和红色,蓝色是排在红色之后的,也就是说,蓝色火焰温度高于红色。

根据前人实验测量,火焰呈暗红色时,温度大概在600℃,橘红色则达到1000℃。当火焰呈天蓝色时,温度已经达到了2000℃。也就是说,一般情况下,美式战斗机在打开加力的时候,发动机尾喷管喷出的火焰温度在1000℃左右,而苏式战斗机的尾喷管火焰温度则达到了2000℃。
干脆直接喷火

那么问题又来了,为什么美国战斗机发动机火焰红色,苏式战斗机多是蓝色呢?其实是因为两个国家航空发动机加力燃烧室的设计理念不同。▼如图所示的涡轮风扇发动机,其后部的空腔即加力燃烧室。打开加力时,雾化的航空燃料喷入加力燃烧室剧烈燃烧,产生的高温高压气体剧烈膨胀推动前面的涡轮叶片加速旋转,从而吸入更多空气,加强发动机工作状态,达到加力的效果。

美国和俄罗斯的战斗机尾焰颜色不同主要是因为俄罗斯的设计是在加力时,加大燃料的利用率,也就是喷入加力燃烧室的雾化燃料燃烧更为充分,从而得到温度更高的蓝色尾焰。而美国的设计理念则是增大加力燃烧室喷入燃料的燃烧量,也就是通过烧更多的油来获得更大的推力,相应得到的尾焰温度更低,颜色为红色。不同的理念则带来不同的性能,俄罗斯战机发动机尾焰温度更高,对发动机影响也更大,所以发动机可以承受的时间较短,一般规定在2分钟左右。而美国战机发动机开加力时温度没有那么高,所以可以持续更长时间,不过也仅仅能够维持在5分钟左右。


赤焰哒哒哒


喷气式发动机是上个世纪三十年代末四十年代初英国人和德国人研发出来的,德国人最先把喷气式发动机运用到了飞机上面,从此飞机进入了跨时代的时期,虽然德国在二战时期就已经研制出来了喷气式飞机,但是这个最新发明在德国已经出现败像的时候,所以并没有给德国带来奇迹和改变,但是却给了后世飞机带来革命性的改变。

将喷气式发动机发扬光大的是美国和苏联,两个国家获得了二战德国的绝大多数黑科技,包括发动机技术,这也使得这两个国家在后来的几十年时间里面走在了世界的前头,英国和法国跟美国的关系好加上原本就是工业强国,所以在发动机技术上面也非常的不错,发动机技术可以说是一个国家的工业实力的体现。

在世界上能真正研发可以使用的发动机的国家目前也就不超过十个,德国虽然不研发发动机,但是没有人会怀疑德国的能力,日本现在已经证明了自己有能力研发出来性能先进的发动机,剩下的就是五常国家,每一个都有发动机研发的实力,这也说明了五常国家的工业实力,印度心比天高但是实力不行,也曾经在苏联的帮助下研发过发动机,只是发动机没有起动多久就烧融化了。



世界航空发动机主要分为两种不同的体系,两种体系都出自德国技术,一种是美国的一种是苏联的,我们走的是苏式的发动机发展路线,在过去由于技术原因,我们受到了苏联方面的许多影响,许多军事科技都来自苏联,发动机也不例外,美国跟欧洲的其他国家的发动机路子差不多,要从发动机水平来说当然是美国最强大,英国法国和俄罗斯紧随其后。


美国发动机在世界上可以说是最先进的,使用寿命到稳定性以及推力方面的综合因素来说,美国的发动机绝对是最强的,俄罗斯的发动机在使用寿命上远不如美国和英法,美国的最新发动机的寿命可以8000小时到10000小时,俄罗斯的发动机寿命一般只有2000到3000小时左右,而我们的只是900到2000小时之间,这就是很明显的差距了。

在发动机推力方面美国的发动机推力非常的强大,俄罗斯的发动机的推力也不错,跟美国的差不了多少,我们的就比这两个国家的差了不少,这也是一个比较现实的问题,飞机动力大小跟发动机是直接相关的,机动性的好坏也是由发动机决定的,虽然俄罗斯的发动机推力并不比美国的差多少,但是在发动机的尾部火焰来看 ,两者区别太大了,但是也不是绝对的,有时美国飞机也是喷蓝色火焰,只不过红色多蓝色少一些。



美国的发动机绝大多数在飞机加速的时候尾部喷的都是橘红色火焰,而俄罗斯的发动机喷的是蓝色火焰,这是怎么回事呢,火焰能代表发动机的推力性能吗,其实发动机的推力性能大小跟火焰是什么颜色没有任何关系,正常来说蓝色火焰代表了发动机功率温度更高,红色火焰的功率温度相对比较低,是什么原因造成的颜色的不一样呢?


首先是发动机的结构上面的差别,燃烧室的位置不一样就决定了火焰喷出来的温度不一样,美国的发动机燃烧室在中间,所以在发动机尾部会有一个降温的出来时间和过程,所以发动机的温度会低一些,俄式发动机的燃烧室在后半段,缺少的充分降温的时间,所以会温度高一些,再者发动机的火焰燃烧和我们平常的火焰完全不一样,美国发动机的航空燃油在发动机的燃烧过程中燃烧率高,俄罗斯的发动机在燃油燃烧率上面不如美国的,所以俄罗斯的发动机提高推力都是靠加大燃油量来达到的。


再有一个影响发动机尾焰颜色的原因就是 ,每个国家的航空燃油的调配上面使用的添加剂不一样,不一样的添加剂就会产生不一样的火焰颜色我们的发动机体系来自于苏联,所以我们的发动机和俄罗斯的发动机非常的类似,都有寿命不足的缺点,而且在处理燃油燃烧率上面我们也和俄罗斯一样一直都没有得到很好的解决,我们使用的燃油和俄罗斯的类似,添加剂也差不多,发动机的结构也是类似,所以我们的发动机的尾焰颜色也是蓝色火焰,现在我们需要攻克的是在提高推力的情况下如何同时提高发动机的寿命和稳定性,这才是关键。


无法超越的足迹


一个烧的液化气一个烧的天然气


麻辣书生y


随便在提问区搜一下就有,老梗了,反复提问浪费资源。就没人审核一下么?


次班天行鬼


我在机务维修干过,简单的讲,一燃料不同,二燃烧温度不同,三贫油和富油。俄系贫油燃烧温度高。


阮仁炳


红火是液化气兰火是天然气


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