为什么喷气式战斗机发动机尾部直径有时需要调小?

-Beyond-

现代战机的尾喷设计越来越复杂,其中一个重要的原因就是现代战机飞的越来越快,对发动机效能提出了更高的要求。至于说尾喷有时的调整,主要还是为了改变发动机的效率,因为控制尾喷口的面积大小就意味着调整发动机适时的工作效率。

总体上看,在通过尾喷口的燃气速度一定的情况下,喷口直径越大,产生的推力也就越大。所以为了满足不同速度调节下发动机推力的需求,喷口直径需要适当调小。比如,飞机亚音速时、降落时,飞机的尾喷口都需要适当的调小。同时,战机飞行时,尾喷口内外压力差会越来越大,当超过一定比例时,就会发生发动机喘震,为了防止这一现象的出现,可以采取适当调整喷口大小的办法。当然,这对发动机的研发也提出了更高的要求。所以早期战机喷口使用的是收敛尾喷管,现在先进的战机使用的收敛扩张尾喷管,如果再配合使用矢量喷口,发动机的工作效率将大大提高,可以最大限度的改变战机的飞行姿态。

对于尾喷口直径的调整,不仅仅有助于改变飞机的飞行速度和飞行姿态,更有助于提高发动机的工况,使得发动机在任何条件下都以最佳的工况开展工作,这一点对于延长发动机寿命,保持飞行良好的战术需要都意义重大。考虑到作战条件下,发动机需要迅速加速到最大速度,此时喷口往往会先缩小待飞机速度达到超音速以后,喷口再增大,继续加速战机达到最大的速度。


思远军事

题主说法比较文雅。

用通俗的说法翻译一下,就是战斗机的菊花,为啥一会儿收缩,一会儿扩张?

图一:大家感受一下F-15妖艳的菊花。

现代战斗机的菊花,也是发动机的尾喷口,一般都是可变的。而客机的发动机尾喷口一般是固定的(不考虑反推)。尾喷管的作用,就是让燃气膨胀加速,产生推进气流。喷管的形状截面积会改变推进气流的速度、温度和压力。它的一个基本原理是,高压气体向低压区流动时,会膨胀加速,而任意截面流过的质量和流量必须相等。

图二:大家一定要看这张图。1马赫是个分界点。

1马赫基本是个分界线。这里说的1马赫指的是气流的当地速度。亚音速流在扩散段减速,超音速流在扩散段增速。

低于1马赫时,应该减小横截面积,这能使气流流动更快推进效率更高。当代客机全是亚音速的,一般采用固定收敛喷管就足够了。

而在高于1马赫时,情况不一样了。为了得到尽量高的气流速度。流道的截面就应该逐渐增大。而战斗机既需要亚音速飞行,也需要超音速飞行。所以就需要喷口可变小变大。

再具体一下,战斗机在跑道上滑行时,菊花变大。以军用推力进行起飞时,或在空中想突破音速开加力时,菊花会收缩。而在全加力起飞,尤其是在空中突破音速以后,菊花是变大的。

图三:现代战斗机的尾喷管都是可调的。

从理论上而言,即使是亚音速的气流,针对不同的气流速度区间,是也可以做可变喷管的。通过优化横截面积,来改变气流速度。但实际上一般大家都不这么干。因为可变喷管会带来额外的重量,这部分重量对于能优化出来的推力而言,得不偿失。所以客机的喷管基本都是不可变的。