航空发动机作为飞机的心脏,很大程度上决定着飞机的性能。为了提高发动机的推力,工程师们可谓是绞尽脑汁,提出了多个有效的措施。其中,一种最广为人知的能瞬间获得大推力的办法就是增设加力燃烧室。加力燃烧室在军用飞机上比较常见,它主要在起飞、爬升、追击和逃脱时使用。有趣的是,不仅仅是喷油能加力,往发动机上喷水也能加力。为了了解喷水加力系统,我们首先得来聊聊燃气涡轮发动机的工作原理和过程。
燃气涡轮发动机原理
燃气涡轮发动机有三个核心部件:压气机、燃烧室和涡轮,空气从进气道进入之后便依次通过这三个核心部件。它们都按共同的热力循环进行工作,该热力循环包括三个过程:空气在压气机内的压缩过程;空气在燃烧室内与燃料混合燃烧的过程;高温高压燃气在涡轮的膨胀冷却过程。
根据发动机热力循环过程,气体需要在高压下加热在低压下放热,才能获得机械功。因此压气机在气体进入燃烧室之前对它加压,能有效保证发动机的效率。高压气体进入燃烧室与燃油混合燃烧,生成高温高压的气体以备冲击后面的涡轮。而后,这股燃气在涡轮中膨胀做功,将热能转化为涡轮的机械能,带动压气机旋转。
事实上,进入燃烧室的空气并不是都和燃油混合燃烧了。它分成了两股气流,一部分从燃烧室头部进入与燃油混合形成有利于燃烧的稳定环流;另一部分进入壳体起到冷却作用,之后便与燃烧过的高温燃气混合,使温度降低至涡轮叶片能承受的程度。这里我们可以看到,涡轮材料的限制使燃气温度不能太高,从而限制了推力的增大。
但是,涡轮之后就没有这个限制了,因此在涡轮后设置加力燃烧室,轻轻松松就能使温度达到2000k以上。而且,涡轮出口的燃气中有大部分空气充当掺混和冷却作用,因此还有大约70%的空气未参与燃烧,所以可以再次进行喷油燃烧,大幅度提高喷气速度。打开加力可以增加50%-200%的推力,但付出的代价是燃油使用量的急剧增加;当你不使用加力的时候,你相当于多背了个东西。
喷水加力系统
从上述我们可以知道,提升燃气的温度在很大程度上可以提高发动机的推力。但是,这又有涡轮的温度限制。因此,研究涡轮材料和叶片的冷却方式具有极高的价值。此外,根据热力循环的过程,我们还可以提高压气机出口压力来提升推力,这也是喷水加力系统的原理。
在炎热的夏季,环境温度比较高,空气很难被压缩。压气机想要达到特定的增压效果,必须消耗更多的机械功。同时,压气机也更容易逼近不稳定的工作状态。如果我们在压气机喷水使它蒸发气化,它就能从空气中吸收大量的热量,最后的结果就是空气冷却而变得更容易压缩,从而使空气经过压缩后能达到更大的压力。
每千克空气喷入0.04千克水,推力将增加40%。因此喷水是一项可以瞬间提高发动机推力的有效措施。但是,它需要消耗大量的水,推力增加30%所消耗的水量为燃油消耗量的2-2.5倍。所以,是否使用喷水加力系统取决于需求和经济性的考量。
使用喷水加力系统有两款比较经典的发动机:美国J75发动机和斯贝512涡扇发动机。前者在压气机前喷水,而后者在压气机出口喷水。
- 01 “遥遥领先中国等国!”美国空军这次突破,当真如此牛?
- 02 巴哈马正式承认巴勒斯坦国
- 03 泰国警察绑架勒索5名中国游客!仍有人在逃
- 04 习近平抵达贝尔格莱德开始对塞尔维亚进行国事访问
- 05 只因说普通话,游客被香港汇丰银行柜员区别对待?客服回应
图片新闻
新媒体实验室
- 朋友圈47%的内容在炫耀
- 近300起杀妻案如何判罚
- 谈恋爱反降低生活质量?
- 全国最能吃的省市竟是它
- 性犯罪者再犯几率达12.8%
举报邮箱:jubao@vip.sina.com
Copyright © 1996-2024 SINA Corporation
All Rights Reserved 新浪公司 版权所有