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飛機發(fā)動機的火焰為什么有的黃色有的藍色?

1bGT_GKYXT1508 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-04-16 10:46 ? 次閱讀
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首先先解釋一下火焰顏色的區(qū)別

一般情況下,藍火焰的溫度是最高的 火焰顏色和溫度對應: 暗紅色:600攝氏度左右。 深紅色:700攝氏度左右。 橘紅色:1000攝氏度左右。 純橘色:1100攝氏度左右。 金橘色:1200攝氏度左右。 金黃色:1300攝氏度左右。 金白色:1400攝氏度左右。 純白色:1500攝氏度左右。 白藍色:1500攝氏度以上。 天藍色:2000攝氏度左右。藍色:2500℃以上。

▲冒藍火的殲-20

其次談談戰(zhàn)機尾焰色區(qū)別原因

一般來說,藍色溫度比紅色高,不過由于噴口金屬材質不同,火焰顏色也會不同(焰色反應),藍色火焰代表溫度最高,你也可以理解為推力大,至于殲-20的尾噴藍色火焰是因為發(fā)動機開加力了。F-22(F-119發(fā)動機)可以非加力超音速巡航,你看到的紅黃色證明F-22還沒開加力。

順路說下戰(zhàn)斗機開加力,那么問題不外乎兩個,燃油消耗和持續(xù)時間。

首先,一般而言開加力是指對噴氣發(fā)動機而言,無論是渦扇和渦噴(渦槳發(fā)動機可以視為渦扇發(fā)動機的變型)?;钊l(fā)動機也有開加力一說,也就是往燃燒室里噴酒精或者噴水,但是現役戰(zhàn)斗機基本都是噴氣式的,所以不在闡述之列。

渦噴發(fā)動機的結構為壓氣段(低壓段加高壓段),燃燒室,做功渦輪,排氣段。整個氣流路徑成為內涵道。渦扇發(fā)動機比渦噴發(fā)動機在內涵道外多了一個外函道,借助增大直徑的低壓段壓氣機葉片產生向后的壓縮空氣推力。因此在相同的油耗情況下,能夠獲得比渦噴更大的推力?;蛘叻催^來說相同推力情況下則更經濟。缺點就是結構更復雜,直徑和重量更大。但是借助現代先進冶金技術和制造工藝,渦扇發(fā)動機的優(yōu)點(省油、大推力)遠遠超過缺點。目前最先進的F119-PW-100小涵道比渦扇發(fā)動機的推重比達到了10以上。也就是說,該發(fā)動機可以產生十倍于自身重量的推力。

戰(zhàn)斗機在作戰(zhàn)時,因為戰(zhàn)術需要,有時需要以最大速度迅速抵達戰(zhàn)區(qū),或者迅速搶占能量高點。因此在軍用最大推力以外,還需要通過開加力來獲得瞬時的速度。每一種型號的噴氣發(fā)動機在設計時,都有開加力的功能。開加力的原理就是當噴氣發(fā)動機運行時,往燃燒室后部,做功渦輪之前的內涵道內噴入額外的霧化燃料,借助燃燒室排出的燃氣點燃。

因其燃燒膨脹做功產生額外的推力,并促使做功渦輪加速,帶動前端兩級壓氣機吸入更多的空氣。由于開加力做功的部分是在燃燒室之后,因此俗稱后燃或者補燃。這一段發(fā)動機結構往往會經過加強,又稱為加力燃燒段。

當噴氣發(fā)動機開加力時,其燃料消耗至少是正常情況下的兩倍,相應的戰(zhàn)斗機的航程也會隨之降低。以上述F119-PW-100為例,非加力油耗0.75-0.8Kg/小時Kg推力,而加力油耗1.8Kg/小時Kg推力。同時,由于開加力對急劇增加發(fā)動機內涵道后燃段的溫度和壓力,以及核心渦輪的轉速,因此開加力會縮短發(fā)動機壽命。

▲起飛中的米格-25RB

俄系噴氣發(fā)動機允許開最大加力時間一般不得超過兩分鐘,西方噴氣發(fā)動機允許開最大加力時間一般不得超過五分鐘。超過后有可能因為發(fā)動機部件受應力超過屈服強度而發(fā)生裂縫、斷裂等嚴重問題。而且開加力后的發(fā)動機在著陸后都要對渦輪葉片和燃燒室進行詳細檢查。所以,戰(zhàn)斗機一般只在重載起飛(尤其是艦載戰(zhàn)斗機)或者作戰(zhàn)時才開加力,開也不是一下子開足,而是根據需要決定?,F代飛機的電控系統(tǒng)可以根據需要精確的控制開加力程度,也就是燃油使用效率更高。

▲美國B1戰(zhàn)略轟炸機

三代及以下的噴氣飛機使用軍用最大推力并不能達到超音速,也就是說,即便像F15這樣的雙發(fā)重型戰(zhàn)機,也需要開加力才能超過音速。而四代機得益于所裝備的噴氣發(fā)動機的推重比提高,在不開加力的情況下依靠軍用推力就能達到1.5M的超音速水平。這也是四代機的重要指標之一。

以下從航空發(fā)動機燃燒學的角度對外焰焰色的不同稍作解釋。

上圖為一個本生燈模型,可以通過它來模擬航空發(fā)動機火焰燃燒的不同狀態(tài)。a為一次供氣的進氣量,當a為0時是純油燃燒,屬于擴散燃燒(外焰呈現黃色)。

當a在0-0.3直接時是富油燃燒,會有部分燃油溢出火焰面在空氣中尋求更多的氧化劑。這是一種組合火焰,內焰呈深藍色屬于預混燃燒,外焰呈黃色屬于擴散燃燒。

當a在0.3-1直接時,和上一個情況類似,也是一種組合燃燒,由于比例不同,外焰擴散燃燒呈暗紅色。

當a大于1時,一次供氣時預混地恰到好處,火焰屬于預混燃燒呈淺藍色火焰。

另外火焰的顏色跟燃料燃燒的充分度有關,燃燒充分呈藍色,不充分是黃色,所以在平時家里使用煤氣爐是,也可以同時看到藍色火焰和黃色火焰。所以說明俄羅斯戰(zhàn)機發(fā)力時主要依靠增加燃料利用度,美國靠的是增加燃料燃燒量。

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原文標題:為什么蘇式發(fā)動機加力時多是藍色火焰,而歐美發(fā)動機多是橘紅色火焰?

文章出處:【微信號:GKYXT1508,微信公眾號:工控云學堂】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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