飞机发动机喷火的原理是什么?是怎么实现的?

文中大量美图,这手机流量花的也值得

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飞机放油,又把放出去的油点燃

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上面两张图是客机在进行紧急放油

飞机降落重量远低于起飞重量。拿A380举个例子,最大起飞重量575吨,满载燃油259吨,假如油装满了,降落时候比起飞轻了200多吨,甚至高于三分之一。这也是为什么飞机在巡航时候越飞越高,因为重量轻了,需要的升力少了,要么飞高要么飞慢,但是大家并不太想飞的慢是不是。

显然客机没法把排出去的油点燃,也没有意义。

但是一些军用飞机就有这个隐藏功能,最著名的就是美国通用动力的战轰F111土豚,如下图,它的紧急放油口位于两个发动机中间,F111不同子型号装备的不同发动机都有加力燃烧室,从图中也能看到加力燃烧室的火焰稳定器。

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当紧急放油口在喷出燃油,发动机加力燃烧室开启就会直接点燃喷出的燃油,就喷火。非常简单粗暴,但是这也只有视觉效果,绵软无力的火焰。

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发动机压气机失速,喷出火球

在这个回答里我介绍了航空发动机的压气机失速(喘震)原理以及几种预防措施。

当喘震发生时,发动机的气道就像被掐住脖子,通气量骤减。但是这时候燃烧室的喷油嘴没有意识到,还是正常喷油,燃油/空气比骤增。会有大量高热未燃烧的燃油进入下游,被喷出。又接触到外部空气中的氧气,再次燃烧。这时发动机会喷出一个大火球,这会严重伤害发动机,轻则检查,重则大修甚至报废。当发生于空中,极大危害飞行安全。当战斗机在做激烈机动时,进气口并不正对着来流,会极大增加发动机压气机喘震的风险。

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其中一个解决方案是为进气道加一个可动前唇。下图为欧洲台风战斗机EF2000的进气道,可见左右两个进气前唇打开角度不同。

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台风进气道

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发动机喘震的F15

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F18

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737

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C17还是开反推的时候喘震了

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SR-71

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加力燃烧经过超音速喷嘴,喷出的明亮马赫环

回答第一张图就是这类的“喷火”,F-14。

上一段的F-15发动机喘震也开了加力燃烧。

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F-15

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普惠F-100

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F-16

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B-1B

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Space Shuttle

超音速喷管和加力燃烧室

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超音速喷管(收敛-扩张喷管,或称拉瓦尔喷管)工作最完美的状态,效率最高时,喷管内压力等于环境压力。但是随着飞机飞行高度的变化,环境压力变化,发动机不同的工况也给喷管带来了不同的来流。配合内外压力是喷管的主要工作,其中喷管最小截面(脖子)决定了通气量。最大截面(喷嘴)与最小截面之比决定了喷出流体的速度与压力。

下图F-15战斗机的左右两个发动机喷管形状调节不同,体现了“可调超音速喷管”的核心功能。

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以及增加推力矢量功能的喷管

这是完美情况,喷管调节范围是有限的做不到任何情况都可以完美配合。

当喷管内压力小于环境压力时,喷气尾流先被外界一个激波压缩,这时尾流压力又高于环境压力,再进行膨胀,之后压力又低于了环境压力,又被激波压缩,压力大于环境压力。如下图下半部分所表示,尾流压力一直在规律性的升高降低。

当喷管内压力大于环境压力时,喷气尾流出了喷嘴直接就开始膨胀,以至于压力小于环境压力,又再被激波压缩,导致压力大于环境。跟上面情况一样,又开始规律性循环。如下图上半部分表示。

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当尾流压力增加时,密度提高,速度变慢,总温不变而静温提高。也就是压力大的地方气就热了,且这时高温会更促使加力燃烧室喷出的未完全燃烧燃油再次燃烧,且本来气体温度的变化也会影响颜色。

所以产生了连续规律变化的马赫环。当加力燃烧室关闭时,战斗机发动机喷出的其实也是超音速尾流,只是因为温度不到,所以并非肉眼可见。

开启加力燃烧室会让战斗机红外特征异常明显,这是红外制导空对空导弹专盯的目标。隐身战斗机要很好的设计这里来降低红外特征,是门很深的学问。

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