瀚海狼山:装备涡喷发动机的战机为何不用敛散片喷嘴?
2020-11-14 22:00:05






平时一个最普通的生活常识是,如果是吹蜡烛等需要用嘴吹气的情况,一般是把嘴巴抿起来,只留一个比较小的出气孔,然后鼓起腮帮子吹气;很少有人大张着嘴吹蜡烛的。因为自觉告诉人们,大张着嘴吹气是吹不出比较高速的气流的。为何出现这种现象?这就在于一个基本的流体力学的规律。就是当气体在一个封闭的空间内从高压区往低压区流动时,不论流经某个截面的截面积是多少,其单位时间内流过的气体总质量是不变的。这就等于说,用嘴吹一口气,在肺部和嘴巴配合吹出的气流总质量不变的情况下,嘴巴留的孔越小,则吹出的气流的速度越快;但是这个孔的大小也有一个合理的区间,如果留孔特别小,气流吹不出来也不行,那样会憋得难受。这就导致几乎所有人用力吹气时,肺部、嘴唇和舌头自然配合,可以吹出最“高速”的气流。



不过这种物理规律只适合亚音速时的吹气。一旦到了超音速,则会有一定的不同。不过人吹气是不可能吹出超音速的。其实这个把吹气孔的直径进行调节可以增大吹气效率的现象,在现代战斗机甚至包括一些轰炸机上都有运用。比如现在可常见3代战机的尾喷管外观都是一片一片的,这些就是战机尾喷管的气流敛散片。这些敛散片的内部,都有从外观上看不见的液压收放装置,通过电动液压可以调节这些敛散片,可以让战斗机的喷管的喷口直径进行从大到小或者从小到大的调节变化。甚至在双发战机上会出现左右发动机尾喷口直径瞬间不一致的情况。其实这与人用嘴吹气时,通过控制出气孔的大小来调节吹气的效率和速度,最终获得不同的反推力的原理是一样的。而尾喷管的敛散片通过液压收缩,一般是在没开加力的亚音速状态,来增大喷气的气流速度,产生更大的推力。



而当战机开加力飞超音速时,尾喷管的敛散片还必须扩张,才能让高温高速喷流通过产生更的推力。仔细观察,还会发现凡是喷嘴直径可以变化,具备敛散片的战机,一般是采用涡扇发动机的3代和3代以上战机。而典型的安装涡喷发动机的2代机和2代以前的战机。尾喷管大多数是固定直径的,也就是没有可调节变化的敛散片;这又是什么原因呢?根本上就在于涡扇和涡喷的原理不同。涡扇有内外双涵道,而涡喷没有外涵道。涡扇外涵道的气流一般没有经过核心机的燃烧加热,因此这些气流流到后燃烧室时的温度一般只有200多摄氏度;流速大多也是亚音速的。而内涵道的气流经过燃烧。流到后燃烧室时温度高达600多摄氏度。两者在后燃烧室混合,整体温度下降到300多摄氏度,流速则多在亚音速。此时通过敛散片的调节,瀚海狼山(匈奴狼山)认为可以让两种气流更好地混合降温,降低噪音和红外特征而且可提高流速产生更大的反推力。



而涡喷发动机由于根本没有外涵道。气流到了后燃烧室时仍然普遍超过600摄氏度甚至到700摄氏度。此时高温气流的流速也接近或者超过音速,此时如果用敛散片收缩调节;用处不大,反倒在高温高压下会很容易烧毁敛散片;因此大多数涡喷发动机干脆用固定耐热喷嘴。大飞机上的大直径涡扇的涵道比很大,前风扇产生推力的气流量已经占全部气流量的70到80%,也没有后燃器,因此也不需要可调敛散喷嘴。