03.03 现在飞机用的大都是涡扇发动机,为什么军机会喷火,而客机没见过喷火?

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战斗机和超音速轰炸机都安装有加力涡扇发动机,这种发动机在尾部增加了一个加力燃烧室。

加力燃烧室也被叫做后燃器,一般由加力扩散器和可调尾喷管两部分组成,都采用了高温合金来制造的。加力燃烧室的基本原理是在保持发动机最大转速和涡轮前最高温度的条件下,在加力燃烧室里喷油再次燃烧,进一步提高燃气温度和增大燃气膨胀加速能量,从而提高了喷气速度,可以在短时间内大幅度增加发动机的推力。可调尾喷管的出口面积可以无级调节,随着发动机工作状态的不同而改变。

由于加力燃烧室是通过在发动机燃气中注入大量燃油二次燃烧来增加推力的,所以耗油率巨大。以飞豹战轰的斯贝涡扇为例,其最大军推(也就是非加力推力)是55829牛,最大加力推力增加到91251牛,但此时的耗油率也从0.68千克/千克.小时猛增到2.03千克/千克.小时,所以只能短时间开加力。

世界上唯二能开加力的客机是协和和图-144超音速客机。其中协和安装4台奥林匹斯593 Mk 610型涡喷发动机,发动机的加力燃烧室能产生25%的额外推力,保证“协和”能以185吨的最大重量起飞,并通过加力进入超音速。但协和加速到1.7马赫后就能关闭加力,发动机在这个阶段变得更有效,可在不开加力的情况下继续推动“协和”爬升,并从1.7马赫加速到2马赫。图-144安装4台RD-36-51涡喷发动机,同样带有加力。


新防务观察


世界上目前的固定翼飞机,大都使用涡轮风扇发动机,除了少部分使用的老旧喷气涡轮发动机的旧机型。无论是军用的战斗机还是运输机,还是民用的客机和货机,都在使用这种常规的发动机类型。这种类型的发动机相比上一代的涡轮喷气发动机大大提高了气流的利用率,最大限度提高了燃料的燃烧效率。

客机涡扇发动机

而这种发动机在不同的飞机上是不一样的,主要的区别就是战斗机和其他的运输机和客机等等。战斗机的涡轮风扇发动机和客机的涡轮风扇除了原理相同,其他差距还是很大的。客机的涡扇发动机大都设计的较长较短,安装在客机的机翼下方。现在的客机大都是双引擎,大型客机以及军用运输机则是四引擎。

战斗机涡扇发动机

不同于客机上使用的普通涡扇引擎,战斗机上使用的虽然也是涡扇发动机,但是其要求要比普通引擎要高的多。战斗机的涡扇引擎在普通引擎上加了一个燃烧室,这就是战斗机发动机可以喷出火焰的来源。在平常航行的时候,战斗机也不会开加力燃烧,需要作出起飞,爬升,或者高难度战术动作的时候才会使用燃烧室进行加力。

风洞中测试中加力的发动机

燃烧室加力的原理是将燃料直接以雾形态喷入燃烧室,而此时涡轮风扇发动机工作产生的强气流温度极高,足以点燃这种雾形态的燃料。而且在燃烧室中,燃料与氧气充分结合,引发爆燃,产生更强大的推进气流达到加力的效果。

战斗机开加力爬升

不过这种加力就算是战斗机也不会长久开,开启加力能将战斗机的速度提高百分之三十左右,但是燃料消耗却是翻了几倍,短时间内提高战斗机速度是没问题的,但长时间开启燃料的消耗是承受不起的。


区域拒止


因为军用飞机,特别是战斗机、攻击机使用的现代化高性能涡轮风扇发动机大部分都具备加力燃烧室,在起飞、爬升、跨音速和高机动动作时点燃,就会看到从喷口喷出的长长火焰。而民航客机的发动机都不配备这个加力燃烧室,所以看不到喷火。

加力燃烧室一般设置在喷气发动机后端,喷口前方。在涡轮后方的加力燃烧室中注入燃油,燃烧后燃气温度大幅增加,从喷口高速喷出,增加额外推力。这样可以使战斗机起飞距离更短,爬升更快,机动动作能量更高。加力燃烧室不止是涡轮风扇发动机才有,从早期的涡轮喷气发动机上就已经出现。在20世纪50年代中期英国的费尔雷F.D.2高速三角机翼研究机使用的带加力燃烧室的“埃文”涡轮喷气式发动机是世界上第一种配备加力燃烧室的喷气发动机。因为加力燃烧室对于作战飞机的性能提升明显,逐渐成为战斗机、部分攻击机、轰炸机的标配。

加力燃烧的优势明显,缺点也非常明显,最主要的就是耗油率大增。通常来说,打开加力时的耗油率是不开加力的3倍左右,所以战斗机打开加力的时间不能很长,否则很快就把燃油消耗一空。而且打开加力后燃气温度大增,使发动机后段、机身后段和喷口热负荷大大增加,也限制了加力的持续使用时间。一般来说,战斗机持续加力时间不超过20分钟。所以,民航客机一是不需要这么猛的性能,二是节约燃油,必须注重成本。

部分新型战斗机不开加力就能超音速巡航,这和机体减阻设计,发动机推力增加这些技术手段息息相关。而且个别客机也有配备带加力燃烧室的涡轮喷气发动机,协和超音速客机使用的奥林匹斯593型发动机是西方国家唯一一种带有加力燃烧室的民用涡喷发动机,在起飞和跨音速时(0.95马赫至1.7马赫之间)使用加力燃烧室。这个时候会看到客机也喷火了。

像F-111那样把空中放油点火而拖着长长火焰的特殊情况,不在本文讨论之列。


航空君


图为民用客机的涡扇发动机

涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机是由涡轮喷气发动机发展而来的。上世纪中叶,工程师们发现涡扇发动机在诸多性能上优于涡喷发动机,特别是在油耗上有比较明显的优势,英国、美国等国家随即开始研发涡扇发动机。在1948年,英国就开始研发康维涡扇发动机,美国也采用比较成熟的涡喷发动机为核心机开发新的涡扇发动机。

采用此种发动机的飞机动力就来源于发动机内、外涵道所产生的推力之和。涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用,因此现在多数的飞机引擎都采用涡扇作为动力来源。

出于不同发动机性能的考虑,民用飞机发动机大都短而粗,而军用战机发动机大多细而长。这是因为民航飞机发动机的涵道比大,而军用飞机的涵道比小。所以高涵道比发动机在亚音速时有非常好的能效,通常用于客机、运输机和战略轰炸机等;而低涵道比发动机配有加力燃烧室,可以以高油耗为代价,获得更大的推力和加速度。低涵道比发动机可用于超音速飞行,通常用于战斗机。

图为战斗机尾焰喷火

战斗机加力燃烧室使用时,是直接在涡轮后喷射燃油或者油气混合物,获得更大的推力。燃油或者油气混合物在涡流稳定器后猛烈地燃烧,高温燃气向后排出形成火焰。民航客机不需要高机动性,讲究经济性,所以没有加力燃烧室,自然也就没有火焰。


思远防务


如果客机喷火了,那么最大的问题会造成乘客的惊恐。

早期大马力的客机设计中发动机喷火并不是什么稀奇的事情。

例如:

早期被设计与协和竞争的超音速客机波音2707,在假想图上就是使用的喷射引擎+加力燃烧室的方式为客机提供高速飞行的动力。

而已经实现的目标协和式则在飞行过程中也能看到明显的火焰。

来个夜间起飞的图或许读者们能看的更清晰:

然而喷火代表了发动机燃料燃烧有剩余、一部分燃料产生的热量被浪费掉了——飞出了发动机消散到空气中了。因此在现代客机发动机设计上要考虑燃油经济性的状态下就尽量不会让发动机喷出火焰。(这点就和军机不同,军机对功率的要求才是第一要素。)

协和这类的飞机由于功率大速度快、油耗高因此协和的票价就卖掉了普通飞机票价的十几倍。仅仅能满足小部分乘客的需求。而且过高速度的客机安全性又会存在问题。

因此在法航协和一次壮观的喷火后协和全线退役了。


说到客机发动机喷火,还有一个好玩的事情就是洛克希德超级星座了。

从客舱里面看到飞行中的螺旋桨发动机冒火了第一件事情是不是要叫空姐呢?

“乘坐超级星座客机的女士们先生们请注意,飞机发动机冒火属于正常现象,大家请不要惊慌!”——这是超级星座上乘务员会在登机的时候向大家说明的一个注意事项。


军武数据库


正常情况下,军机也是不会喷火的。喷火非常耗油。

军用飞机所用的发动机一般是带加力的小涵道比涡轮风扇发动机。客机是大涵道比的无加力涡扇发动机。

军用飞机只有在开启加力的时候才会喷火。喷火是在发动机的后面有一个加力燃烧室。将尾气与燃气重新混合,二次燃烧,产生更大的推力。

一般用于加速或者爬升。

由于二次燃烧没有经过涡轮做工,温度很高,所以就会产生喷火现象。


渔歌子说


这个问题很简单!

民用机主要考虑有高的经济性,所以其中的燃气轮机级数多,能量利用率高,排气温度低所以不喷火。军用的喷火主要是战斗机,运输机不喷火!战斗机主要考虑他的性能要求满足飞机要求,一般很难做成大涵道比的,燃气轮机的级数少,能量利用率低,排气温度高,所以容易喷火。

加上飞机起飞的时候有的可能用了加力,那么更容易喷火了。


智高节能


这是因为民航客机起飞时须保持平稳渐进的加速,所以其涡扇发动机尾部不会出现火尾。而战斗机起飞则往往需要开启加力,以通过高速滑跑从而达到迅速升空的动力速度(尤其是航母舰载机)。所以战斗机起飞时,往往会拖着一道炽烈的蓝色火尾呼啸着直冲云霄叱诧长空。这一是因为涡扇发动机工作负荷的增加,二是由于发动机燃烧室在工作时,需要涡扇和压气机送入并加热后的空气,与航空燃油充分混合均匀燃烧后才能够产生强大的动力:战斗机尾喷管喷出的的高温高压气体。战斗机加力开启后,随着滑跑速度迅速的提升,尾喷管喷出的火焰颜色也在变化:一开始为橙黄色,紧接着就变成高温高速的蓝色,然后机头拉起上扬进入高速爬升状态。


东骧神骏


因为飞机用的都是我上发动机,涡扇发动机,一般都是不会喷火的。毕竟我上发动机的动力来源主要还是涡扇。帮我的亲戚基本上都是涡轮喷气发动机的战斗机,它是靠废气推进的。


hi小朱说车


涡喷发动机出现后,喷出的空气温度很高,高到可以直接点燃燃油。后来就尝试在喷管后面又加了一节用来直接烧燃油,可以剧烈的燃烧产生很大的推力。这种方式就被叫做加力燃烧,加上的一节就被叫做加力燃烧室。但消耗燃油太快了,追求经济性不追求极限加速性的飞机如客机货机就不会这么搞了,自然选用的发动机一般就不带加力了。


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