航空发动机喷射出很长的燃烧火焰,这说明了什么问题?

15周光华


首先要明确的问题里所说的喷出很长燃烧火焰的发动机应该是军用航空发动机。军用航空发动机主要分为涡轮喷气发动机和小涵道比的涡扇发动机,这两类航空发动机都会喷口后形成长长的燃烧火焰,而现代民用客机所使用大涵道比涡扇发动机在后部往往不会喷射出很长的燃烧火焰,而主要是是以高速的热流为主,至于为什么会出现这样的情况及不同,则需要了解喷气式发动机的运转形式。



首先来说说涡轮喷气发动机,也就是常说的涡喷发动机,现在的涡喷发动机基本都是轴流式的,其由前至后依次为压气机、燃烧室、涡轮和尾喷口组成。压气机主要是将流入的空气进行压缩以提供给燃烧室高温高压的压缩空气,燃油在燃烧室中与这股压缩空气混合进而剧烈燃烧形成燃气向后喷射,涡轮则是在燃气的推动下进行旋转,同时通过转轴带动前部的压气机旋转,进而产生完整的循环。而尾喷口则是将剩余的高温高速燃气向后喷射形成前进动力。 而现在的主流战机和客机基本都使用的是涡轮风扇发动机,也就是常说的涡扇发动机。涡扇发动机是在涡喷发动机的基础上发展而来的,其与涡喷最大的区别在于其多了一层外涵道,其从前之后分别是风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和尾喷口。


风扇主要是讲流入的空气大部吹向外涵道,少部分吹入内涵道。低压及高压压气机则是将流入内涵道的空气不断加速加压,以供燃烧室使用。燃烧室的作用同样是燃烧产生燃气。燃气推动高压涡轮来带动高压压气机、推动低压涡轮来带动低压压气机和风扇。

尾喷口则将外涵道的较低温度的气流和内涵道较高温度的气流向后喷射产生前进动力。涡扇的动力普遍比涡喷更为充沛,同时燃气温度也往往更高,现在的战斗机主要使用低涵道比(前部风扇相较内涵道并未大太多)的涡扇以获得更好的加速性能,而民航客机则采用高涵道比(前部风扇远大于内涵道)的涡扇以获得更大的推力和更好的经济型。 至于军用航空发动机为什么会有很长的燃烧火焰则主要是因为尾喷口喷出的气流是高温高速的,现代航空发动机尾喷管处的温度至少在600至800摄氏度左右,在加力燃烧时则会更高,流速则有时能达到音速以上,所以产生很长的燃烧火焰也就非常正常了。


李三万的三万里


现代军用飞机使用的发动机基本上都是涡轮风扇发动机,这些是在涡喷发动机基础上改进而来的发动机让战斗机具备了高速性能。正常情况下涡扇发动机工作的时候是看不到火焰的。譬如民航客机也使用涡扇发动机,谁也没有见过正常飞行的客机发动机喷出火焰吧。



在战斗机使用的涡扇发动机机上还有一种功能是民航客机发动机所没有的,这就是加力燃烧。其原理其实非常简单,在发动机后段直接喷入航空没有,在高温作用下这些燃油燃烧产生了额外的推力。譬如美国空军使用的F-22A猛禽战斗机的F119涡扇发动机正常推力是116千牛,而启用加力燃烧之后可以达到157千牛,足足提高了35.3%。



常规战斗机需要进行超音速飞行或者为了提高起飞速度就会使用加力燃烧的方式,从外观上看就是发动机喷出了长长的火焰,还有一种情况就是当战斗机重载满挂的情况下也会采用加力燃烧的方式进行起飞。



加力燃烧虽然会提高发动机的推力,但是弊端就是耗油量太大,所以一般不会长时间使用加力燃烧。这就出现了五代战斗机的超音速巡航功能的新标准,即在发动机不启动加力燃烧的情况下实现超音速飞行,目前中国的歼-20战斗机就具备这个功能。


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