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国防科普
飞机发动机喷火的原理是什么?
发布时间:2019-05-22   来源:科普中国-军事科技前沿 
  出品:科普中国

  作者:王明志

  策划:武玥彤

  监制:光明网科普事业部

  网友提问:飞机发动机喷火的原理是什么?

  专家解答:
  战斗机在起飞、快速爬升和大坡度水平机动、大仰角垂直机动飞行时,往往可以看到飞机尾部发动机喷口处有明显的火焰喷出,这种影像在夜空中特别明显,带给人们一种赏心悦目的航空动态美感。这种现象源自于飞行员接通了发动机的加力(Afterburning),在操作中就是飞行员将油门杆推至最前端(此时为发动机最大状态)后,拨动油门限位卡销,继续前推油门(接通加力状态),这可使战斗机获得额外强劲动力。
  了解加力就需要了解发动机燃烧室。燃烧室是燃气涡轮发动机的重要部件之一。现代带有加力的涡轮风扇发动机有两个燃烧室,分别为主燃烧室和加力燃烧室。主燃烧室位于高压压气机和涡轮之间,功能是在该空间内将经过风扇和高压压气机压缩的高压空气与燃油均匀混合后充分燃烧,形成高温高压的燃气;加力燃烧室位于涡轮和尾喷口之间,利用高温燃气流中未充分燃烧的剩余氧气,再次喷入燃油,使高温燃气再次燃烧,增加燃气的温度和喷气的速度。由于主燃烧室形成的高温燃气已经产生了反作用力(即推力),加力燃烧室再次燃烧后的高温燃气进一步产生反作用力(即推力增量,也称复燃加力),明显增大了发动机的推力(即加力推力)。
  涡轮风扇发动机加力燃烧室的燃气流是涡轮后高温燃气(含氧比例约为15%~17%)与外涵道新鲜空气的混合气体,氧气含量更高,燃烧效率较高,高温喷气流的速度更大,因此在视觉上就是可以看到发动机尾喷口喷出了长长的火焰,在听觉上就是可以听到更加巨大的轰鸣声。涡轮风扇发动机在接通加力的情况下,推力可增加60%~70%,但飞机的燃油消耗率也会相应增大150%~200%,加力燃烧室的温度也显著升高。因此,战斗机使用加力的持续时间通常会有一定的限制。


接通加力进行机动的F-22飞机(图片来自网络)


加力状态的F-15战斗机(图片来自网络)

  王明志,1980年6月加入空军,1991年获军事学硕士学位,2000年获军事学博士学位。曾任航空兵部队作训参谋、副团长、教研室副主任、主任。先后在《外国军事学术》、《空军军事学术》、《外国空军军事学术》、《中国空军》、《航空杂志》等发表论文、译文30余篇;1996年以来为《世界军事年鉴》“航空武器装备”类目撰稿人;担任3本教材的主编、副主编;获军队科技进步三等奖1项,空军军事理论研究成果一等奖1项,二等奖和三等奖多项。