战斗机所使用的涡扇发动机所喷射的火焰温度在1400~2200℃之间,发动机进气处温度低些,处于这个位置的部件温度一般不超过1400℃,当发动机加力运行时燃烧室的温度可达到最高1750~2000℃。
这就意味着工业中用于切割钢材的气割割嘴在承受3000℃的高温时尚不会熔化,战斗机喷出的区区2000℃的温度岂能熔化发动机?
航空发动机是典型的热机,通过燃烧化学燃料,高温气体做功将化学能转化为动能,航空发动机制造难点就是设计生产耐高温、高强度零部件。在发动机内部,按照工作环境温度由高到低排序,分别是燃烧室、涡轮、涡轮轴、喷头排气温度与压力机温度。涡扇-15发动机的燃烧室温度接近2000度,排气温度大概只有600度左右。发动机喷火是因为未完全燃烧的富余燃料在大气中燃烧产生的火焰,外部的火焰对发动机的影响并不大,不必担心发动机被熔化。
航空发动机里面温度最高的位置并不是燃烧室,而是高压涡轮前俗称为“涡前”。涡前温度高达1300℃——1800℃,燃烧室的温度在800℃——1150℃之间,压气机出口的温度是590℃——695℃之间。由此可知,尾喷管处的温度在航空发动机整体中处于中下,但是开加力时,其尾喷管的温度高达1500℃。虽说尾喷管的温度在正常状态下不是最高的,但也不是一般材料可以承受的。
涡轮承受高温的最主要部分为涡轮叶片,涡轮叶片分为改变气流方向的静子叶片和直接让气流反喷的转子叶片,其中的静子叶片位于转子叶片前方,是直接承受燃烧室喷射高温气体的部位,其温度最高。目前涡轮叶片多采用烧结成单一奥氏体的耐高温稳定镍基合金、铁基合金、钴基合金。涡轮叶片采用中空结构,让气流产生对流、在叶片上形成空气保护膜,并且叶片表面有有集自润滑和耐高温为一体的复合材料热障涂层,这样一整套措施下来,可以将静子叶片温度下降300到600℃,足以保证金属合金材料的稳定运转。
其实战斗机在巡航状态下飞行尾喷口是看不到火焰的,只有在接通加力时才有明亮的火焰,那是因为加力燃烧室位于发动机涡轮后,尾喷管内,喷口前,接通加力时,向加力燃烧室喷入大量的雾化航空煤油,在涡流稳定器后猛烈地燃烧,高温燃气向后排出形成火焰的缘故!加力关闭火焰就没有了。主燃烧室内火焰是传不到涡轮后的,而燃气经过涡轮后温度只有几百度,如果是涡扇发动机温度更低,只有红外特性,是没有可见光的。
尾喷管使用了高强度耐热铼钛合金,最高可承受3000摄氏度的高温,而战机没有开启加力飞行的情况下尾焰温度只有1200摄氏度,在开启加力飞行时喷出的尾焰温度也只有2000摄氏度,完全在尾喷管的可承受范围之内
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