中国航空发动机突破性进展：战机加力燃烧效率达99%

据香港《南华早报》11月26日报道，据中国航空发动机研究院的研究人员发表的论文，创新技术提高加力燃烧室的效率，已经革命性的提升到了99%，这个进步将对我国的航发产生重大影响。

真不是造假：各位可能理解有点问题

各位网友作为理工科的高材生，一眼就能看出这数据有问题，因为热机效率达到99%是不可想象的，就目前的技术而言，内燃机能超过40%已经是顶尖水平，喷气式发动机热效率在能超过50%甚至更高一点，热电联供的燃气轮机超过65%也是可以的！但要达到99%简直就不可能，不是技术不行，而是物理定律！

所以这99%一定就是造假的，这是很多理工科网友的第一反应！这个确实如此，但事实上这个99%是燃烧效率，简单的说就是有没有烧完，而不是热效率！因为在发动机的加力燃烧室内要达到这个数据实在非常困难，有兴趣的朋友可以继续看看战机发动机的家里燃烧到底是个怎样的过程。

上图为喷气式发动机的基本结构，涡轮叶片高速转动吸入大气并经过压气级多级压缩后被送到燃烧室，然后喷入燃油点燃，高温高压的燃气在燃烧内向尾部膨胀，首先会推动高温涡轮做工，这个高温涡轮将会带动发动机前半部分的压气级工作，这就完成了一个工作循环。

第二个是这些高温燃气在经过高温涡轮后会在经过高温涡轮继续向尾喷口排出，正常情况下就结束了，这就是常规不包含后燃器的发动机的工作模式，比如客机、轰炸机或者无人机这些不需要剧烈动力变化的飞行器的动力模式！

但是除了这些要求外，像战斗机这种在起飞或者超音速飞行时需要有超出发动机推力的模式工作，此时就需要一个后燃器，也叫做加力燃烧室，这个模式的原理很简单，在燃烧室喷油燃烧后的燃气中，还有大量未参与燃烧的氧气，所以可以在加力燃烧室内直接喷入燃油，如下图：

在加力燃烧室内喷燃油燃烧，会将高温燃气的进一步提高温度，同时加力燃烧室内压力也会增加，这有如下几个变化：

1. 发动机推力会大增，一般推力能增加30%甚至45%以上，比如WS-10的中间推力为89千牛，但加力推力能达到132千牛，足足增加了48%；
2. 燃烧室压力增加，会导致高温涡轮工作条件恶劣，排气不畅，温度上升，同时加力燃烧室温度也会上升，发动机在这种模式下工作时间有限，一般在10分钟内；

所以加力燃烧模式下发动机推力确实会增加，但工作条件是有限制的，比如不能长期使用，超过使用时间会导致发动机出现不可逆的损坏。

回到讨论燃烧效率的问题，因为从这里开始可以讨论本文开头提出的问题了，这个加力燃烧室内喷油有一个喷油网，从发动机尾喷管内就能看到，这是一个有着很多微孔的小管道，在燃烧室内喷入燃油。

燃烧效率就就取决于这些管道的微孔中喷出的燃油雾化效果，如果效果非常好，喷出的燃油就能和氧气结合发生燃烧，如果雾化不好，就有部分可能来不及燃烧就被被带着排入了大气，因为尾喷管内不仅高温，还有高压和高速，雾化不好就来不及烧。这就会出现两个结果：

• 一个就是油耗增加，因为有部分燃油来不及烧就被排出了，只能多喷一些燃油；
• 另一个是来不及烧的燃油可能会出现碳化混入燃气中，也就是出现了黑烟；

俄罗斯的RD-33发动机冒黑烟就有部分这个问题！但是俄罗斯为什么一直没改善呢？无非就是技术难度，因为要在高温高压的后燃器中搞一个喷雾网，那个技术要求不低，而且还会有高温变形以及高温下雾化的难题。这次中国航空发动机研究院的研究人员就是解决了这个问题。

他们开发了一种创新的燃油喷嘴，脉冲燃料在喷嘴内沿Z字形路径流动，并以不同角度喷出，以达到最好的雾化效果，实际测试发现，使用这种雾化喷嘴，能让发动机加力燃烧效率提升到99%。

所以各位看明白了吗？是燃烧效率提高到99%，而不是热效率，这是两个概念！燃烧效率大致意思就是指放到炉膛里的柴火全烧完了没，热效率的大致意思是炉膛里的柴火烧开了多少水。

另一种提升航发推力：变循环模式

上文中我们提到了一个非常有趣的模式，即在加力燃烧室条件下发动机工作时间不能延长，因为高温会导致高温涡轮产生不可逆的变化，甚至尾喷管都会被自身高温烧毁，当年就有科学家考虑了一种办法，避免了加力燃烧模式下烧毁自身的问题！

J58发动机各位知道吧，就是逆天的SR-71侦察机的发动机，看到那三根管子了吗？对面还有三根，总共六根，这几根管子的作用就是从发动机的第四级压气级里引出部分高压气体，通过这几根管子直接旁路到加力燃烧室。

简单的说就是引入低温压缩大气进入加力燃烧室，降低开加力燃烧时候的温度，所以J58发动机可以一直开加力燃烧室不会有事，各位是不是发现了一种大幅度提高发动机推力同时对发动机没有影响的方式了？

这就是变循环发动机的鼻祖，这种变循环发动机有个缺点就是油耗还是偏大，比如SR-71侦察机，空机重量30.6吨，全机重量高达77多吨，几乎都是燃油，因为SR-71没有外挂点，没有弹舱，航程5400公里，最高速度3.32马赫。

现代的变循环发动机不会这样设计，会有多级引气，并且也不是加力模式下使用，而是发动机根据自身的工作状态自适应调节，已达到最佳工作模式！关于变循环发动机，就目前公开的数据，美国通用和普惠都拿出了变循环发动机，不过为这种发动机准备的NGAD下一代战斗机却还不知道在哪飞呢。