加力燃烧是目前喷气式战斗机的标配,它能让战斗机短暂的获得爆发力,提高飞行速度。不过加力燃烧室的开启时间很短,只有十来秒钟,要想搞清楚它为何如此“短命”,就要从结构等方面入手。
加力燃烧飞行
理论上喷气式发动机的尾喷口喷出的燃气温度越高,产生的推力也就越大,不过燃气温度受到燃烧室材料的限制,目前的合金能承受的温度有限,温度过高会发生变形、破裂等致命损伤,因此只要合金的冶炼、加工技术提高,就能有效地增加发动机推力,这方面美国目前做得最好。
既然燃烧室的温度提升很难有质的突破,那么将尾喷管延长,安装燃油喷嘴,导入一部分新鲜空气,与高温废气、燃料混合并点燃,在没有轮机叶片的情况下高温燃烧,这样就能获得更大的推力。
战机尾喷口特写
这个方法虽然可行,但是存在几个致命缺陷。首先同样是高温耐热材料的问题,虽然没有轮机叶片结构,但是燃烧室本身也是需要承受高温的,因为战机体积的缘故,无法安装航天火箭那种液氮降温设备,所有的热量只能由燃烧室内壁“硬扛”,这种工作环境下,热量一部分通过连接部件传递到其他区域,一部分则作用在内壁上。
这种情况是加力燃烧室无法长时间开启的主要原因,严重者如米格-25高速战斗机,暴力飞行一次发动机基本就报废了;另外常规战斗机则能支持十余秒的加力燃烧飞行。
米格战机巨大的尾喷口
加力燃烧的另一个问题就是震荡燃烧。所谓震荡燃烧简单说就是燃烧过程中出现的压力震荡,燃烧过程不平顺,具体表现就是发动机零部件震动,造成熄火、零件松动等严重事故。为了解决这个问题,就需要在加力燃烧室内安装多孔波纹形的防振隔热屏等。虽然这项技术说起来挺简单,实际上目前全世界也只有少数国家掌握,其困难程度不亚于在飓风中点燃打火机并持续燃烧。
虽然加力燃烧室有技术难关,但是带来的好处还是很多的。现代战机的低速升力系数大多不如螺旋桨式,因此起飞时需要通过提高速度来满足升力需求,在跑道长度有限的情况下,打开加力燃烧室短暂的获得爆发力,有助于战机短距起飞。
打开家里燃烧飞行
在格斗或者规避导弹攻击时,打开加力燃烧也能让战机短暂的获得更强的机动性,如米格-25侦测到有导弹尾随的时候,甚至可以打开加力飞得比导弹更快,这种技能实用性还是很高的。
加力燃烧也有缺陷,首先就是发动机增加了一个燃烧室,尺寸和重量都增加了;以目前技术来看,这段的燃料燃烧效率也不高,对于尺寸有限的战斗机来说每开一次就意味着大量燃油消耗导致航程短了一点,发动机寿命短了一点,每分每秒都是资金在燃烧。如果加力燃烧开启时间过长,会对发动机造成严重的损伤,轻者空中熄火,重者失控坠机。
该图可以看到防震隔热部分
因为技术与实际的要求,加力燃烧室是平衡战机航程和航速的一个重要设计,但是当材料学获得突破的时候,发动机的燃烧室能够产生足够的高温燃烧时,加力燃烧室很可能会被取缔,毕竟再往更高的速度发展时,它的付出和获得的推力不成正比。
仅以目前唯一能够超音速巡航的F-22为例,它的高速巡航并非以加力燃烧获得,很大程度上是材料耐热性能提升,发动机能够以更高的温度运转,产生的推力更大。
歼-10起飞
如今喷气式发动机的基本原理甚至许多民众都了解,受到的限制很大程度上是来自于高性能材料以及相关的加工工艺,在这方面我们目前与世界先进水平相比还有不小的差距,而这种差距就被直接反映在了国产军用飞机的性能上,希望相关工业能够尽快赶超世界同行吧。