裝備渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的戰(zhàn)機(jī)為何不用斂散片噴嘴?

平時(shí)一個(gè)最普通的生活常識(shí)是,如果是吹蠟燭等需要用嘴吹氣的情況,一般是把嘴巴抿起來(lái),只留一個(gè)比較小的出氣孔,然后鼓起腮幫子吹氣;很少有人大張著嘴吹蠟燭的。因?yàn)樽杂X告訴人們,大張著嘴吹氣是吹不出比較高速的氣流的。為何出現(xiàn)這種現(xiàn)象?這就在于一個(gè)基本的流體力學(xué)的規(guī)律。就是當(dāng)氣體在一個(gè)封閉的空間內(nèi)從高壓區(qū)往低壓區(qū)流動(dòng)時(shí),不論流經(jīng)某個(gè)截面的截面積是多少,其單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的氣體總質(zhì)量是不變的。這就等于說(shuō),用嘴吹一口氣,在肺部和嘴巴配合吹出的氣流總質(zhì)量不變的情況下,嘴巴留的孔越小,則吹出的氣流的速度越快;但是這個(gè)孔的大小也有一個(gè)合理的區(qū)間,如果留孔特別小,氣流吹不出來(lái)也不行,那樣會(huì)憋得難受。這就導(dǎo)致幾乎所有人用力吹氣時(shí),肺部、嘴唇和舌頭自然配合,可以吹出最“高速”的氣流。

不過(guò)這種物理規(guī)律只適合亞音速時(shí)的吹氣。一旦到了超音速,則會(huì)有一定的不同。不過(guò)人吹氣是不可能吹出超音速的。其實(shí)這個(gè)把吹氣孔的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)可以增大吹氣效率的現(xiàn)象,在現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)甚至包括一些轟炸機(jī)上都有運(yùn)用。比如現(xiàn)在可常見3代戰(zhàn)機(jī)的尾噴管外觀都是一片一片的,這些就是戰(zhàn)機(jī)尾噴管的氣流斂散片。這些斂散片的內(nèi)部,都有從外觀上看不見的液壓收放裝置,通過(guò)電動(dòng)液壓可以調(diào)節(jié)這些斂散片,可以讓戰(zhàn)斗機(jī)的噴管的噴口直徑進(jìn)行從大到小或者從小到大的調(diào)節(jié)變化。甚至在雙發(fā)戰(zhàn)機(jī)上會(huì)出現(xiàn)左右發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口直徑瞬間不一致的情況。其實(shí)這與人用嘴吹氣時(shí),通過(guò)控制出氣孔的大小來(lái)調(diào)節(jié)吹氣的效率和速度,最終獲得不同的反推力的原理是一樣的。而尾噴管的斂散片通過(guò)液壓收縮,一般是在沒開加力的亞音速狀態(tài),來(lái)增大噴氣的氣流速度,產(chǎn)生更大的推力。

而當(dāng)戰(zhàn)機(jī)開加力飛超音速時(shí),尾噴管的斂散片還必須擴(kuò)張,才能讓高溫高速噴流通過(guò)產(chǎn)生更的推力。仔細(xì)觀察,還會(huì)發(fā)現(xiàn)凡是噴嘴直徑可以變化,具備斂散片的戰(zhàn)機(jī),一般是采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的3代和3代以上戰(zhàn)機(jī)。而典型的安裝渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的2代機(jī)和2代以前的戰(zhàn)機(jī)。尾噴管大多數(shù)是固定直徑的,也就是沒有可調(diào)節(jié)變化的斂散片;這又是什么原因呢?根本上就在于渦扇和渦噴的原理不同。渦扇有內(nèi)外雙涵道,而渦噴沒有外涵道。渦扇外涵道的氣流一般沒有經(jīng)過(guò)核心機(jī)的燃燒加熱,因此這些氣流流到后燃燒室時(shí)的溫度一般只有200多攝氏度;流速大多也是亞音速的。而內(nèi)涵道的氣流經(jīng)過(guò)燃燒。流到后燃燒室時(shí)溫度高達(dá)600多攝氏度。兩者在后燃燒室混合,整體溫度下降到300多攝氏度,流速則多在亞音速。此時(shí)通過(guò)斂散片的調(diào)節(jié),瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為可以讓兩種氣流更好地混合降溫,降低噪音和紅外特征而且可提高流速產(chǎn)生更大的反推力。

而渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)由于根本沒有外涵道。氣流到了后燃燒室時(shí)仍然普遍超過(guò)600攝氏度甚至到700攝氏度。此時(shí)高溫氣流的流速也接近或者超過(guò)音速,此時(shí)如果用斂散片收縮調(diào)節(jié);用處不大,反倒在高溫高壓下會(huì)很容易燒毀斂散片;因此大多數(shù)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)干脆用固定耐熱噴嘴。大飛機(jī)上的大直徑渦扇的涵道比很大,前風(fēng)扇產(chǎn)生推力的氣流量已經(jīng)占全部氣流量的70到80%,也沒有后燃器,因此也不需要可調(diào)斂散噴嘴。