01.22 同樣是航發,為什麼戰鬥機能噴火,客機卻不能?不會熔化嗎?

我們經常可以看到,戰鬥機高速起飛時,其尾噴管往往會拖著橙色或淺藍色火尾呼嘯著騰空而起,畫面非常絢麗。戰鬥機的發動機尾噴口經常出現“噴火”現象,其實這是發動機的尾焰。實際上,並不是戰鬥機在噴火,而是戰鬥機的發動機在噴“火”,這裡的火指的是高溫氣流,其溫度在550℃——850℃之間。可以經常看到,有的戰機發動機噴的是紅火,有的噴的是藍火。紅色火焰的溫度低,藍色火焰的溫度高。一般來說,當看到戰鬥機發動機噴藍火時,那一定是開了加力。

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一般情況下,只有戰鬥機開加力時,才會看到噴火的狀況。戰鬥在滿載起飛、或者大力爬升、或者超音速飛行時,會打開加力助推,這樣可以獲得40%至70%的額外推力。 那麼火焰怎麼產生的呢?加力燃燒室噴出大量霧化燃料,在狹小的空間無法充分燃燒,剩餘航油在機體外燃燒產生的光線就是噴口火焰。此外,火焰的顏色不僅與火焰的溫度有關,還與工作原理、燃料添加劑,以及噴口金屬成分有關係。單從火焰顏色來判斷誰的發動機性能更優異並不合理。

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戰鬥機的發動機在工作時,溫度往往很高,動輒幾百上千攝氏度,所以網友們很好奇的一個問題是,既然溫度這麼高,那麼發動機和它的尾噴口為什麼不會熔化掉呢?事實上,航空發動機裡面溫度最高的位置並不是燃燒室,而是高壓渦輪前俗稱為“渦前”。渦前溫度高達1300℃-1800℃,燃燒室的溫度在800℃-1150℃之間,壓氣機出口的溫度是590℃-695℃之間。

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而尾噴管處的溫度在航空發動機整體中處於中下,但是開加力時,其尾噴管的溫度就會高達1500℃。當然發動機並不是普通材料做成的,而是使用了耐高溫金屬和耐高溫塗層,這才保證了它超強的耐高溫能力。一般來說,航空發動機尾噴管的材料為鎳或者鈦,由於戰鬥機的機體承受不了較高的溫度,所以,在設計在尾噴管時,還必須避免尾噴管中的高溫向戰鬥機的機體傳導。也就是說,航空發動機尾噴管採取了多種措施,以隔絕熱量的傳導,論航空發動機開不開加力,都不會對戰鬥機的機體造成影響。

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而航空發動機,最核心的當屬高壓渦輪中工作的葉片,這種葉片得工作環境極為惡劣,必須要在高溫,高壓,強向心力的作用下穩定的旋轉,而不能出現,裂紋,斷裂,蠕變等現象。如此一來,高壓渦輪葉片對材料的要求就更高了。除了使用耐高溫材料外,還得在葉片上噴塗隔熱塗層以及採用氣膜冷卻技術。這兩種技術可以提高葉片的耐熱溫度近700℃,再加上葉片材料本身的耐近1200℃的能力。也就是說,渦輪葉片可以承受近1800℃的高溫。

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由此可知,航空發動機對才才材料的性能要求極高,根本就不是一般國家搞得定的。現如今,也只有美,俄,英,法,中,日這幾國擁有研製航空發動機的實力。“工業桂冠”的美譽並不是隨便說說的,只有才材料基礎上去了,大推力航空發動機的研發才會水到渠成。

那麼又有問題來了同樣是航空發動機,為什麼戰鬥機的發動機可以噴火,而客機的發動機就不能呢?其實,不論民用還是軍用,現在主流噴氣式飛機的發動機都採用的是一種名為渦輪風扇發動機(Turbofan Engine),簡稱渦扇發動機,其實就是使進入發動機機艙的低溫低壓空氣通過若干風扇和渦輪組加壓加熱後,變成高溫高壓空氣並在燃燒室中點燃後從尾噴口噴出,以實現將輸入時的低能量空氣變成輸出時的高能量空氣。

同樣是航發,為什麼戰鬥機能噴火,客機卻不能?不會熔化嗎?

簡單來說就是民航飛機發動機的涵道比大,而軍用飛機的涵道比小的緣故,由於,涵道比高的發動機,大部分的動力來風扇加速的外涵道空氣,所以這種發動機的外涵道往往較短,內涵道的尾氣不與外涵道氣流混合,而由噴口單獨排出。高涵道比發動機在亞音速時有非常好的能效,通常用於客機、運輸機和戰略轟炸機等。而涵道比低的發動機,大部分的動力來自驅動核心機的內涵道尾氣。這種發動機通常使用混合噴嘴,即內涵道的尾氣在與外涵道氣流混合後再行排出,也就是我們看到戰鬥機噴火的現象。以高油耗為代價,獲得更大的推力和加速度。低涵道比發動機可用於超音速飛行,通常用於戰鬥機。

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總而言之,最後便是因為這樣過於消耗油量,對於民用客機而言,節能也是更為注重的一點,而且客機也不需要過快的速度,相對平穩才能保證乘客的舒適度,所以民用客機不會見到噴火現象。


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