為什麼火箭發動機能看到明顯的尾焰,而航空發動機一般沒有尾焰呢?

民航客機噴出的基本就是氣體,看不到有任何火焰的跡象。然而火箭噴出來的卻是明顯的火焰。

有人說看不到火焰說明熱轉換效率好,熱量都轉化為空氣的動能了。那麼是不是說明火箭的轉換效率還不如航空發動機?


如果拋開具體的一些細節問題不談,火箭尾部跟航空發動機的燃燒室是差不多的,燃料氧化劑混合之後點燃產生高溫高壓環境,但是燃氣具體產生過程和排放過程存在如下差異:

1,本身火箭燃料燃燒效率不高——相比航空發動機的燃燒效率(燃燒室內普遍會達到99.5%以上);
2,火箭發動機排出的氣體不同於航空發動機內涵道排出的氣體,航空發動機燃燒室排出的氣流需要經過渦輪的作用,溫度會逐級降低,速度雖然總體上會增加,但是在經過每一級渦輪時有一個膨脹-加速-對渦輪做功-減速等過程,速度增加相對不是非常大,而火箭發動機的燃燒氣流則是不斷膨脹加速,造成兩者排氣速度和溫度存在較大差異(500-m/s-4000+m/s以及1000+K/3000+K);
3,民航發動機尾氣的大部分組成都是外涵道冷氣流,無論是分排還是混排,實際民航發動機(或者準確的概括應該大涵道比發動機)尾氣溫度不高;
(順帶說一句,目前浪客的高贊答案中說的渦輪前燃氣經過冷空氣稀釋是完全錯誤的說法,本末倒置。此舉不是用冷空氣稀釋,而是渦輪表面的氣膜冷卻,這麼做的目的不是降低渦輪前燃氣溫度,而是在盡量提高渦輪前燃氣溫度的情況下保證渦輪葉片表面溫度不至於過高)

總結一下:火箭發動機尾氣因為燃燒不充分的問題,雜質相對較多,而且溫度、速度高,火焰長且呈亮黃色,火焰中帶大量明顯的馬赫環;大涵道比航空發動機則沒有上述問題,小涵道比發動機在未開加力狀態下,火焰一般相對較短且呈藍色,開加力後火焰增長,色溫相對降低。

大致就是這樣。


9月22更新
之前的回答有不少低級錯誤,這裡把不準確都刪除了。效率60%以上的的確是燃氣輪機聯合循環發電機組。那張J20的圖片,我當時的確是按F22搜索的,就當這是個美好的祝福吧。
本科時參觀過航空發動機試車,不開加力的時候,尾焰基本是無色的,開加力也只是藍紫色。觀看過超燃燃燒室的實驗,尾焰大概有一兩米,非常耀眼。
所以我個人理解,火箭發動機具有明顯尾焰的原因主要有兩個:1、燃燒不完全;2、油氣比高,火焰溫度高。至於尾焰顏色,應該與燃料有關。

*****************原始答案*****************

最簡單的解釋就是,火箭發動機燃燒並不充分,有相當的燃料在噴出後繼續燃燒,發出紅色火焰。而航空發動機一般燃燒很充分(>99%),包括軍機在內。一般僅在軍機開加力的時候會出現燃燒不充分,出現藍紫色尾焰,其餘時候幾乎是看不見的。

(火箭發動機,燃燒組織相對簡單)畢設的時候接觸過燃氣發生器,基本上類似一個小型火箭發動機,使用煤油和純氧。下圖是只噴油不點火的照片。

點火之後就成這樣,火焰大概有1m長,燃燒非常劇烈,雜訊相當大。第一次做實驗時還以為爆炸了。要注意這個的煤油流量僅僅為5g/s,查了下長征七號助推器YF-100的煤油流量是113.31kg/s。

J20飛行照片,發動機出口幾乎無明顯尾焰。【更正,之前寫成F22】

軍機起飛,開了加力燃燒室,出現橘紅色尾焰。

發動機試車並開加力燃燒室的照片,出現藍紫色尾焰。


火箭的動力是氧化還原反應燒出來的,渦扇民航機的動力是吸進空氣後渦輪機+大風扇(大部分動力來自風扇)吹出來的。


誰說沒有?
只不過航空發動機燃料占噴氣流量比較少,溫度低而已
尤其是渦扇發動機


涵道比不一樣,工作原理不一樣,設計目標不一樣
火箭是沒輪衝壓式發動機
戰機是渦輪噴氣式發動機
民航是渦輪風扇式發動機

火箭需要推力高,推重比高
導彈相比火箭 多需要可維護性高,可控性高
戰機需要 大推力,克服低氧化劑,高空速,高可控性
民航需要 可維護性高,經濟性高,低噪音

民航的渦扇出事了也能噴火,不過你看到肯定不是什麼好狀況了


謝邀,民航機的噴氣流大部分是風扇吹出來的冷空氣。即使渦輪機部分燃燒過的氣流也受渦輪前溫度的限制用冷空氣稀釋過了。戰鬥機開加力燃燒室時直接在噴氣流里燃燒燃料就能看到明顯的尾焰。

火箭正好相反,不僅尾焰溫度高,而且冷卻用燃料而不是空氣,燃料相對於氧化劑略微過量(降低燃氣平均分子量、壁面區域降溫),噴出的氣流在空氣中能進一步燃燒擴大火焰。

@鄭擊波 混淆了氣膜冷卻和用冷空氣稀釋渦輪前燃氣。即使渦輪葉片表面用了氣膜冷卻,(主氣流的)渦輪前溫度最高限制仍在1700K左右,而航空煤油按照化學恰當比燃燒的溫度可達2300K~3000K。燃燒室火焰筒上除了氣膜冷卻孔,還有大直徑的摻混孔引入大量冷空氣進行稀釋。


謝邀 @伊卡魯斯二號
尾焰明顯與否除了不同燃料燃燒時火焰顏色的區別外,主要是亮度。而航空發動機和火箭發動機的推力差幾十到上百倍,燃料燃燒產生的能量也要差幾十到上百倍,那麼火焰的亮度自然也差很多。
舉例來講,白天正午的太陽的亮度基本上可以說很難企及了,不管你啥燈也好,照明彈也好,都沒卵用,然而爆炸一顆原子彈的亮度就能夠讓人產生天空中有兩個太陽的感覺,因為原子彈能量高,亮度也就強。


有尾焰了就會被雷達發現,所以戰機只能在起飛時,有一點尾焰;火箭隨便啦。他們的設計思路不一樣。


誰說沒有,開加力的時候全是藍屁股


量大。。。


燃料不同,一個用的航空煤油,一個用偏二甲肼。另外,航發一般是渦扇的,外涵道的冷氣與燃燒後的尾氣合在一起排出,為了提高推力,同時降低排氣溫度,為了隱身的需求。


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