為什麼噴氣式戰鬥機發動機尾部直徑有時需要調小?

-Beyond-

現代戰機的尾噴設計越來越複雜,其中一個重要的原因就是現代戰機飛的越來越快,對發動機效能提出了更高的要求。至於說尾噴有時的調整,主要還是為了改變發動機的效率,因為控制尾噴口的面積大小就意味著調整發動機適時的工作效率。

總體上看,在通過尾噴口的燃氣速度一定的情況下,噴口直徑越大,產生的推力也就越大。所以為了滿足不同速度調節下發動機推力的需求,噴口直徑需要適當調小。比如,飛機亞音速時、降落時,飛機的尾噴口都需要適當的調小。同時,戰機飛行時,尾噴口內外壓力差會越來越大,當超過一定比例時,就會發生髮動機喘震,為了防止這一現象的出現,可以採取適當調整噴口大小的辦法。當然,這對發動機的研發也提出了更高的要求。所以早期戰機噴口使用的是收斂尾噴管,現在先進的戰機使用的收斂擴張尾噴管,如果再配合使用矢量噴口,發動機的工作效率將大大提高,可以最大限度的改變戰機的飛行姿態。

對於尾噴口直徑的調整,不僅僅有助於改變飛機的飛行速度和飛行姿態,更有助於提高發動機的工況,使得發動機在任何條件下都以最佳的工況開展工作,這一點對於延長髮動機壽命,保持飛行良好的戰術需要都意義重大。考慮到作戰條件下,發動機需要迅速加速到最大速度,此時噴口往往會先縮小待飛機速度達到超音速以後,噴口再增大,繼續加速戰機達到最大的速度。


思遠軍事

題主說法比較文雅。

用通俗的說法翻譯一下,就是戰鬥機的菊花,為啥一會兒收縮,一會兒擴張?

圖一:大家感受一下F-15妖豔的菊花。

現代戰鬥機的菊花,也是發動機的尾噴口,一般都是可變的。而客機的發動機尾噴口一般是固定的(不考慮反推)。尾噴管的作用,就是讓燃氣膨脹加速,產生推進氣流。噴管的形狀截面積會改變推進氣流的速度、溫度和壓力。它的一個基本原理是,高壓氣體向低壓區流動時,會膨脹加速,而任意截面流過的質量和流量必須相等。

圖二:大家一定要看這張圖。1馬赫是個分界點。

1馬赫基本是個分界線。這裡說的1馬赫指的是氣流的當地速度。亞音速流在擴散段減速,超音速流在擴散段增速。

低於1馬赫時,應該減小橫截面積,這能使氣流流動更快推進效率更高。當代客機全是亞音速的,一般採用固定收斂噴管就足夠了。

而在高於1馬赫時,情況不一樣了。為了得到儘量高的氣流速度。流道的截面就應該逐漸增大。而戰鬥機既需要亞音速飛行,也需要超音速飛行。所以就需要噴口可變小變大。

再具體一下,戰鬥機在跑道上滑行時,菊花變大。以軍用推力進行起飛時,或在空中想突破音速開加力時,菊花會收縮。而在全加力起飛,尤其是在空中突破音速以後,菊花是變大的。

圖三:現代戰鬥機的尾噴管都是可調的。

從理論上而言,即使是亞音速的氣流,針對不同的氣流速度區間,是也可以做可變噴管的。通過優化橫截面積,來改變氣流速度。但實際上一般大家都不這麼幹。因為可變噴管會帶來額外的重量,這部分重量對於能優化出來的推力而言,得不償失。所以客機的噴管基本都是不可變的。


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