同樣是航空發動機,為什麼戰鬥機會噴火,客機不會?
04-03
我們經常可以看到,戰鬥機高速起飛時,其尾噴管往往會拖著橙色或淺藍色火尾呼嘯著騰空而起,畫面非常絢麗。
而民用發動機卻從來看不見這樣的景象,基本上都是以短粗的形象出現在我們面前,即使噴火,也一定是因為出現故障導致的。
那麼問題來了,為什麼戰鬥機的發動機可以噴火,而客機的發動機就不能呢?下面,小編我就來為你揭秘吧!其實,不論民用還是軍用,現在主流噴氣式飛機的發動機都採用的是一種名為「渦輪風扇發動機(TurbofanEngine)」,簡稱:渦扇發動機。它的核心作用其實就是使進入發動機機艙的低溫低壓空氣通過若干風扇和渦輪組加壓加熱後變成高溫高壓空氣並在燃燒室中點燃後從尾噴口噴出,以實現將輸入時的低能量空氣變成輸出時的高能量空氣。現在回答第一個問題,為什麼民航飛機的發動機短而粗呢?這是因為民航飛機發動機的涵道比大,而軍用飛機的涵道比小的緣故。那麼,什麼是涵道?涵道就是空氣在發動機機艙中流動的通道。渦扇發動機擁有「外涵道」和「內涵道」,飛機的動力就是來源於發動機內、外涵道所產生的推力之和。它們的結構見下圖:
你肯定又要問了,那什麼是涵道比呢?涵道比(BypassRatio)是指單位時間內不經過燃燒室的空氣質量與通過燃燒室的空氣質量的比例,即外、內涵道空氣流量之比。為什麼渦扇發動機要設置內、外涵道,而不像傳統的渦噴發動機(TurbojetEngine)直接靠燃料推力工作呢?內涵道的空氣將流入燃燒室與燃料混合,燃燒做功,外涵道的空氣不進入燃燒室,而是與內涵道流出的燃氣相混合後排出。外涵道的空氣只通過風扇,流速較慢,且是低溫,內涵道排出的是高溫燃氣,流速快。兩種氣體混合後,同時降低了噴口平均流速與溫度。較低的流速帶來較高的推進效率(=2/1+排氣速度/進氣速度)和較低的雜訊,而根據熱機原理(熱機是連續不斷地將熱能轉換為機械能的動力裝置),較低的溫度能帶來較高的熱效率(輸出的機械能與輸入的熱能的比值)。兩種因素共同作用,使得渦扇發動機在相同油耗的情況下能獲得比渦噴發動機更大的推力。沒看明白?簡單的說,流經外涵道的空氣不僅可以提高發動機工作效率,而且外涵道風扇自身也能產生一定推力,這就相當於在傳統的渦噴發動機上加了一套升級裝備。
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由於,涵道比高的發動機,大部分的動力來風扇加速的外涵道空氣,所以這種發動機的外涵道往往較短,內涵道的尾氣不與外涵道氣流混合,而由噴口單獨排出。高涵道比發動機在亞音速時有非常好的能效,通常用於客機、運輸機和戰略轟炸機等。
而涵道比低的發動機,大部分的動力來自驅動核心機的內涵道尾氣。這種發動機通常使用混合噴嘴,即內涵道的尾氣在與外涵道氣流混合後再行排出。混合噴嘴可以變形以調整推力的大小甚至方向,而高溫的尾氣經低溫的外涵道氣流降溫後,也有利於降低發動機的紅外特徵。某些低涵道比發動機還配有加力燃燒室,可以以高油耗為代價,獲得更大的推力和加速度。低涵道比發動機可用於超音速飛行,通常用於戰鬥機。那麼,第二個問題的關鍵就在上面提到的這個「加力燃燒室」里,它的作用就是通過向發動機噴出的燃氣中再次加註燃油而得到更大推力,因為二次燃燒的空氣不經過渦輪做工,溫度很高,戰鬥機的火焰就是這麼來的。
小編總是想,這樣一次飛行表演得耗多少油啊在有加力燃燒室的條件下,發動機的油耗是很驚人的,在開加力的情況下油耗可以達到巡航的一倍以上。民航客機在飛行過程中講求的是平穩性和舒適性,不需要高機動性,講究經濟性,所以沒有加力燃燒室,自然也就沒有火焰。極少數客機有加力燃燒器,比如著名的協和超音速客機,使用的就是4台帶加力燃燒器的渦噴發動機。航空航天史上的今天1973年11月3日,美國發射水手10號探測器。水手10號攜帶紫外線分光儀、磁力計、紅外輻射計、帶電粒子計數器、電視攝像機等儀器。1974年2月5日,水手10號借金星引力變軌飛向水星,先後三次與水星相會,向地球發回5000張高解析度照片,覆蓋57%的水星表面,並發現水星的球形磁場,以及其稀薄大氣中的微量惰性氣體。推薦閱讀:
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