为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
那不叫喷火,专业词语叫“尾焰”,任何航空发动机都会有尾焰,分为透明、蓝色、黄色,三种不同的颜色。
不同颜色尾焰的由来一、
尾焰透明,说明燃料在发动机内燃烧充分,不存在不充分燃烧的物质,所有化学反应在燃烧室内进行完毕,喷出气体中没有化学反应,呈透明状。
二、
尾焰呈蓝色,说明燃料充分气化,与空气一起混合喷出并且进行充分燃烧,燃烧中产生各种化学反应,发生电子跃迁并且发光。(航空煤油的成份充分燃烧发蓝光)
三、
尾焰呈黄色、说明燃料在发动机内燃烧不充分,或者燃料没有充分气化,里面有大量炭黑颗粒,无法充分燃料的炭黑颗粒释放的热辐射。
战斗机发动机有“加力燃烧室”燃烧室,民航客机发动机没有战斗机与民航客机的发动机都有主燃烧室,不同的是战斗机在后面多了一个“加力燃烧室”,而民航客机则没有。
加力燃烧室主要是为了增加推力,让战斗机获得超音速飞行的能力,民航客机对超音速飞行没有需求,由此没有不需要加力燃烧室。
正常来讲,航空发动机的主燃烧室,都可以让煤油得到基本充分燃烧,如果战斗机不开推力的话,那么战斗机的尾焰也是不明显的。但是战斗机如果开推力的话,发动机后面的加力燃烧室就会不断的喷油,如果喷油不多,燃烧效率高尾焰就呈蓝色,假如喷油过多,燃烧效率又不高尾焰就呈黄色。
民航客机发动机有冷却系统,战斗机发动机没有冷却系统。民航客机使用的大函道分流式样航空发动机,有内涵道和外函道,外函道的气体不经过燃烧室内部,只从燃烧室外部经过,对燃烧室具有降温作用。
由此民航客机燃料不但在主燃烧室得到充分燃烧,而且气体在喷出来之外还被外函道气体进行了降温,由此在民航发动机后面看不到火焰是正常的。
战斗机发动机,采用的混合排放模式,这样设计的好处就是让加力燃烧室获得更多的氧气,支持充分燃烧,所以战斗机的尾焰温度相对的也高很多。
尾焰的温度高了,就会让大气中的各种物质成分产生化学反,发生电子跃迁,从而发光,再加还有电磁波释放,所以视觉看起来更明显。
为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
民航客机的发动机也会“喷火”(上图),当然只需要“特定条件”,比较少见罢了,而且飞机的发动机喷火是由很多不同原因造成的,喷出的火焰也大为不同,下面我们就来细细评说一番:
飞机放油,燃油被点燃有些情况下,飞机在降落前要把多余的航空燃油放掉,至于为何要放油我们这里就不说了,大多数客机的放油装置距离发动机比较远,显然客机引擎的结构也无法点燃燃油。而一些军用战机的紧急放油口就距离发动机尾喷口特别近:
比如上图战机的紧急放油口位于两个发动机尾喷口的中间,当紧急放油口喷出燃油后,发动机加力燃烧室开启,喷出的燃油就会被点燃,只不过这种发动机“喷火”从视觉上很容易看出来,火焰比较无力:
发动机喘震,未经燃烧充分的燃油被喷出点燃简单来说,当发生喘震时,发动机进气不足,但是喷油嘴仍在喷油,燃烧室内燃油/空气比增大,大量高热未充分燃烧的燃油进入发动机下游,随后被喷出发动机尾喷口,当高热燃油遇到空气中大量氧气时又会被点燃,这就是发动机喘震时的喷火,严格来说对发动机是一种病,会危害发动机的寿命,喘震多发生在战机剧烈机动和做高难度动作时,对于飞行安全也有一定影响:
战机开加力飞行,会喷出明亮的火焰这是战斗机最常见的喷火方式,当飞机发动机开启加力燃烧,经过超音速喷组会喷出明亮有力的火焰,大多数我们常见的飞机喷火都是此类:
为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
战斗机也会耍“酷”,在起飞的时候,或者低空大迎角爬升机动时,会喷出红红、蓝蓝的火焰,感觉很“牛”的样子。
一般情况下,只有战斗机开加力时,才会看到喷火的状况。战斗在满载起飞、或者大力爬升、或者超音速飞行时,会打开加力助推,这样可以获得40%至70%的额外推力。目前,世界各国现役喷气式战斗机具有加力助推功能,所以我们在媒体上,经常能见到战斗机喷火的壮观,特别是在夜晚,显得更加壮丽炫目。
那么火焰怎么产生的呢?加力燃烧室喷出大量雾化燃料,在狭小的空间无法充分燃烧,剩余航油在机体外燃烧产生的光线就是喷口火焰。
为什么有的是红色的有的蓝色的呢?一般情况下,蓝色火焰的温度要比红色火焰温度更高,代表发动机加力燃烧室的温度更高,证明发动机的推力更大。此时,发动机通常处于全加力状态。火焰的颜色不仅与火焰的温度有关,还与工作原理、燃料添加剂,以及喷口金属成分有关系。单从火焰颜色来判断谁的发动机性能更优异,并不合理。
加力燃烧是非常不经济的。不仅大量消耗燃油,而且燃烧不充分,喷后温度高,化学能转化为动能的效率低。这种状况当然不适用于以赚钱为目的的民航飞机上,民航飞机发动机不仅没有加力燃烧室,而且会扩大外涵道,引入大量冷空气,降低喷口温度,最大限度提高能量转化率和燃油使用效率。
别看民航飞机发动机那么大,它的发动机推力还真比不过开加力的小战斗机。
为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
谢邀,简单地说军用和民用是有区别的。
就像我们开私家车一样,往往会斤斤计较车子的百公里耗油量,好像耗油量高一点自己就会有承受不了的感觉。所以在听到某某军用车辆核算下来百公里耗油达到70-100升就会有那么一点点瞠目结舌吧?
但是和私家车不同,军车主要要求的就是通过性,所以在发动机功率和扭矩上都有大幅度的冗余,付出的代价就是油耗超高。
飞机也是这样,民用飞机大部分都是航空公司在运营的,他们首先考虑的是利润。因此大部分民用飞机都是采用了相当省油的大涵道比涡轮风扇发动机。
这种发动机由于带有一个大型的压气风扇,可以更有效地把发动机的轴动力转化为推力,但它们的缺点就是速度慢,只适合亚音速飞行。
同时,航空管理机构和环境保护机构也对发动机的适航性有要求,不断的制定各种标准让发动机排放的NOx(氮气氧废气)降低,否则发动机是不允许运营的。
NOx的产生其实就是来自于发动机内燃油的不完全燃烧。在民航的做法往往就会采用富氧贫油燃烧的方式让燃料在发动机内部烧得更充分一些。因此我们在民航客机的发动机尾部也就很难看到由于燃料没有烧完所呈现出的火焰了。
原因就是“火”在抵达涡轮末端之前就已经烧完了。
这种方式很环保,可惜离着一台航空发动机设计所能承受的极限其实还有那么一段距离。但是,民航运营往往从安全、环保、经济性上考虑,并不是什么极限运动,因此民航也就都“忍”了。
反观军机,军用飞机尤其是军用战斗机追求的就是极限表现。关乎生死存亡就得发挥一切可用的性能优势。省油、经济性、环保也就是次要考虑因素了,你没见过给坦克发“国六排放标准”的事情吧?
所以在一定的设计取舍下,战斗机不仅仅会发动机喷火,还会冒浓烟。
这就源于了战斗机所普遍使用的小涵道比喷气式发动机了
和民航用的发动机不同,战斗机通常使用的发动机前面的风扇直径很小,为了达到足够大的推力并且适应高速飞行的工作条件,这些小涵道比发动机的转速极高,甚至可以达到民航客机用的发动机的8-10倍。在这种条件下发动机内燃油在燃烧室内的时间就更短,也就更不容易烧干净。同时更致命的是为了发挥发动机的性能,通常还会采用贫氧富油的方式不计成本地给发动机供油。这时候烧不完的燃料就变成了发动机尾部的火焰喷了出来。
这也就成了我们肉眼可见的发动机火光了。
再则,为了进一步地提高发动机的推力,战斗机通常还会在发动机上设置后燃器,也就是大家说的加力燃烧室。
简单地说后燃器就是发动机涡轮后面额外的一组燃油喷嘴。
呈环状以同心圆的方式在涡轮后部。在打开后燃器的时候,大量燃油在涡轮后部的高温下被点燃,同时混合函道风扇和涡轮后部分送入的空气开始燃烧为战斗机提供更大的推力。
不过这种燃烧方式效率很低,大部分的燃油其实并没有在后燃器内燃烧,而是随着喷气气流排放到发动机外部继续烧干净。这也就是我们看到战斗机长长的尾焰了。
按照计算,其实只有30~45%的燃料在后燃器内燃烧真正能为战斗机提供额外的推力,剩下的都浪费掉了。你如果把这件事放在民航上,民航的运营是绝对不会答应的。不过你把这个事情放在保命上,只要有理智的人都会倾向于使用一下。
为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
现代航空工业的发展速度非常快,从飞机诞生到现代百年的时间内,其设计思路发生了多次重大变化,航空飞行器的进步核心主要围绕气动外形设计以及动力推进装置技术的进步而展开。发动机技术是目前工业技术领域最复杂也是含金量最高的,能够独立掌握研发发动机技术的国家非常少。
目前主流的涡轮喷气发动机的主要形式为离心与轴流,都是利用空气压缩原理的发动机技术。而航空发动机技术主要发展技术趋势在,提升民航发动机的效率,节省燃油;提高战斗机引擎的推力,实现高航速和机动性,提高最大起飞重量。
作为最早研制喷气发动机的国家之一,英国最早发明出离型发动机,离心风机的特点在于气流进入旋转的叶片通道后,在离心力下沿半径流动;轴流发动机最早由德国发明,其技术特点是气流进入风机叶片后,在旋转叶片的流道中沿着轴线流动。相比于前者,后者的推力比更大,系统体积小,压力低所以被最早用于喷气式战机设计,而且也是现在主流的战机发动机。
喷气式战机在高速飞行时需要发动机以极高的运转,需要在短时间内加温加压提高发动机输出功率,而周六是发动机的特征就是涵道比较低,在进气量大体相同的情况下,为了提高功率需要在引擎内部设置一个家里燃烧室,一般置于尾喷管,喷出的气化煤油被高温燃烧,形成火焰。
民航发动机多采用推重比比较低的涡扇发动机,进气量大,引擎内没有加力燃烧室。而且大多数民航的飞行速度并不高,一方面是机体限制,另一方面也是保障乘客安全和经济性下的多重考量的结果,所以说不会以战斗机引擎的制造标准去制造民航发动机。
航空技术的发展至今还有种类很多,技术更先进的推进技术以及相应的引擎设计,总体上来看,目前引擎技术改良主要围绕其结构和材料科学,通常来讲用于军用领域的技术更新最快,技术也最先进。
为什么战斗机发动机会喷火?民航的为什么不会?
战斗机和商务客机是用的两种不太一样的发动机,现代战斗机用的是涡轮喷气发动机,客机用的是涡扇发动机,也就是涡轮风扇发动机。也就是由战机的涡轮喷气发动机发展而来的。
战机的涡轮喷气发动机,是依靠燃气流来产生推力的,喷油燃烧度高,如果战机开加力,我们就能看到长长的发动机尾焰,所以战斗机的涡轮发动机适合高速飞行的飞机使用。
客机的涡扇发动机是靠空气螺旋桨将吸入的空气通过喷射引擎产生向后推力,涡扇发动机比涡轮发动机要省油。因为客机结构大,坐的人多需要的是较平稳舒适的速度。
战斗机和客机就好比现实中的大巴车和超跑,需求是不一样的;超跑加油门的时候也会冒火,专注是速度,燃油得到了充分燃烧,大巴车会冒黑烟。
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