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飛機(jī)發(fā)動機(jī)的火焰為什么有的黃色有的藍(lán)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(lán)火焰的溫度是最高的 火焰顏色和溫度對應(yīng): 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(lán)色:1500攝氏度以上。 天藍(lán)色:2000攝氏度左右。藍(lán)色:2500℃以上。

▲冒藍(lán)火的殲-20

其次談?wù)剳?zhàn)機(jī)尾焰色區(qū)別原因

一般來說,藍(lán)色溫度比紅色高,不過由于噴口金屬材質(zhì)不同,火焰顏色也會不同(焰色反應(yīng)),藍(lán)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(lán)色火焰是因為發(fā)動機(jī)開加力了。F-22(F-119發(fā)動機(jī))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(jī)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(jī)而言,無論是渦扇和渦噴(渦槳發(fā)動機(jī)可以視為渦扇發(fā)動機(jī)的變型)?;钊l(fā)動機(jī)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(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)基本都是噴氣式的,所以不在闡述之列。

渦噴發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)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(nèi)涵道。渦扇發(fā)動機(jī)比渦噴發(fā)動機(jī)在內(nèi)涵道外多了一個外函道,借助增大直徑的低壓段壓氣機(jī)葉片產(chǎn)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(jīng)濟(jì)。缺點就是結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,直徑和重量更大。但是借助現(xiàn)代先進(jìn)冶金技術(shù)和制造工藝,渦扇發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(省油、大推力)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過缺點。目前最先進(jìn)的F119-PW-100小涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的推重比達(dá)到了10以上。也就是說,該發(fā)動機(jī)可以產(chǎn)生十倍于自身重量的推力。

戰(zhàn)斗機(jī)在作戰(zhàn)時,因為戰(zhàn)術(shù)需要,有時需要以最大速度迅速抵達(dá)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(jī)在設(shè)計時,都有開加力的功能。開加力的原理就是當(dāng)噴氣發(fā)動機(jī)運行時,往燃燒室后部,做功渦輪之前的內(nèi)涵道內(nèi)噴入額外的霧化燃料,借助燃燒室排出的燃?xì)恻c燃。

因其燃燒膨脹做功產(chǎn)生額外的推力,并促使做功渦輪加速,帶動前端兩級壓氣機(jī)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(bǔ)燃。這一段發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)往往會經(jīng)過加強(qiáng),又稱為加力燃燒段。

當(dāng)噴氣發(fā)動機(jī)開加力時,其燃料消耗至少是正常情況下的兩倍,相應(yīng)的戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)內(nèi)涵道后燃段的溫度和壓力,以及核心渦輪的轉(zhuǎn)速,因此開加力會縮短發(fā)動機(jī)壽命。

▲起飛中的米格-25RB

俄系噴氣發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)部件受應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度而發(fā)生裂縫、斷裂等嚴(yán)重問題。而且開加力后的發(fā)動機(jī)在著陸后都要對渦輪葉片和燃燒室進(jìn)行詳細(xì)檢查。所以,戰(zhàn)斗機(jī)一般只在重載起飛(尤其是艦載戰(zhàn)斗機(jī))或者作戰(zhàn)時才開加力,開也不是一下子開足,而是根據(jù)需要決定?,F(xiàn)代飛機(jī)的電控系統(tǒng)可以根據(jù)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(jī)

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

以下從航空發(fā)動機(jī)燃燒學(xué)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(jī)火焰燃燒的不同狀態(tài)。a為一次供氣的進(jìn)氣量,當(dāng)a為0時是純油燃燒,屬于擴(kuò)散燃燒(外焰呈現(xiàn)黃色)。

當(dāng)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(nèi)焰呈深藍(lán)色屬于預(yù)混燃燒,外焰呈黃色屬于擴(kuò)散燃燒。

當(dāng)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(kuò)散燃燒呈暗紅色。

當(dāng)a大于1時,一次供氣時預(yù)混地恰到好處,火焰屬于預(yù)混燃燒呈淺藍(lán)色火焰。

另外火焰的顏色跟燃料燃燒的充分度有關(guān),燃燒充分呈藍(lán)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(lán)色火焰和黃色火焰。所以說明俄羅斯戰(zhàn)機(jī)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。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標(biāo)題:為什么蘇式發(fā)動機(jī)加力時多是藍(lán)色火焰,而歐美發(fā)動機(jī)多是橘紅色火焰?

文章出處:【微信號:GKYXT1508,微信公眾號:工控云學(xué)堂】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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