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民航客機噴出的基本就是氣體,看不到有任何火焰的跡象。有人說看不到火焰說明熱轉換效率好,熱量都轉化為空氣的動能了。那麼是不是說明火箭的轉換效率還不如航空發動機?
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  • 1 # 老船舶老飛機研究所

    火箭發動機的確是能看到明顯的尾焰,而通常情況下航空發動機是無法看見尾焰的。在答主看來主要就是題主所說的燃燒效率的原因,此外可能還與燃燒溫度等因素有關。

    航空發動機在正常情況下的燃燒效率是非常高的,通常情況下是大於99%。因此在充分燃燒的情況下,它排出的高溫氣體並沒有尾焰。然而火箭發動機的原理是和航空發動機截然不同的,它的結構相對簡單,說白了就是一個外殼裡麵包裹著推進劑,主要由殼體、固體推進劑、噴管、點火裝置等四部分組成。但是它的燃燒過程要分為好幾個階段,為了方便理解,答主在此引入多段燃燒模型的概念。

    火箭發動機多階段燃燒模型示意圖

    火箭發動機的燃燒是分多個階段的。如表面層反應區、暗區、嘶嘶區和本文中將要提到的發光火焰區。因為火箭發動機的結構較為簡單,它並不會對燃料充分燃燒後才排出。而是在排出的氣體中仍含有部分燃料,這些未經燃燒的燃料在被排出後繼續發生燃燒反應,形成了發光火焰區,這就是問題中所提到的尾焰。

    發光火焰區的具體化學反應以及相關特性

    但是當一些軍用飛機發動機開加力燃燒室的時候,會出現燃燒不充分的現象,這個時候也會出現尾焰。但是整個尾焰的長度較短,顏色的話也主要為淡藍色,當然還有橘色的情況。這是由於相較於火箭發動機,航空發動機的排氣溫度較低,速度相對也較慢導致的。

    美軍F-14雄貓戰鬥機加力燃燒圖,可以看見明顯的尾焰

    中國中國產殲擊轟炸機“飛豹”加力燃燒圖,尾焰呈橘色

  • 2 # 航小北的日常科普

    首先需要說的是,火焰的亮度取決於兩點:

    一部分是輻射覆合。一般來說輻射覆合來自火焰中等離子化的氣體,由於等離子密度低,這種發光機制的亮度並不高。但是如果向火焰中加入一些鹽,會顯著地提高輻射覆合發光強度,這就是焰色反應。另一部分就是黑體輻射,來自火焰中的被加熱的固態顆粒,在這裡燃燒不完全的碳顆粒充當固體顆粒的作用。所以說,火焰溫度越高、其中的碳顆粒越密集(也就是燃燒不充分),那麼火焰的亮度就越高。

    如果拋開具體的一些細節問題不談,火箭尾部跟航空發動機的燃燒室是差不多的,燃料氧化劑混合之後點燃產生高溫高壓環境,但是燃氣具體產生過程和排放過程存在如下差異:

    1,本身火箭燃料燃燒效率不高——相比航空發動機的燃燒效率(燃燒室內普遍會達到99.5%以上),這個從兩種發動機燃燒室的結構上就可以看出來,火箭發動機的燃燒室還是比較簡單、粗暴的,相對而言航空發動機燃燒室就會複雜一些,各種技術也被應用到其中來提高燃燒效率;

    ↑火箭發動機↑

    ↑相對較為複雜的航空發動機燃燒室↑

    ↑火箭發動機內的燃燒原理↑

    ↑航空發動機燃燒室內的燃燒↑

    2,火箭發動機排出的氣體不同於航空發動機內涵道排出的氣體,航空發動機燃燒室排出的氣流需要經過渦輪的作用,溫度會逐級降低,速度雖然總體上會增加,但是在經過每一級渦輪時有一個膨脹-加速-對渦輪做功-減速等過程,速度增加相對不是非常大,而火箭發動機的燃燒氣流則是不斷膨脹加速,造成兩者排氣速度和溫度存在較大差異(500-m/s-4000+m/s以及1000+K/3000+K);

    但是,在航空發動機處於加力狀態時,由於會在尾噴管內進行二次燃燒,相對而言總體燃燒效率會下降、溫度會升高,所以尾焰的顏色會更加明顯。

    ↑正常飛行狀態下發動機的尾焰幾乎看不到↑

    ↑加力狀態下發動機的尾焰非常明顯↑

    3,民航發動機尾氣的大部分組成都是外涵道冷氣流,無論是分排還是混排,實際民航發動機(或者準確的概括應該大涵道比發動機)尾氣溫度不高;

    ↑大涵道比發動機外涵道氣流對尾焰的冷卻作用↑

    總結一下:火箭發動機尾氣因為燃燒不充分的問題,雜質相對較多,而且溫度、速度高,火焰長且呈亮黃色,火焰中帶大量明顯的馬赫環;大涵道比航空發動機則沒有上述問題,小涵道比發動機在未開加力狀態下,火焰一般相對較短且呈藍色,開加力後火焰增長,色溫相對降低。

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