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战机先不先进,看看“屁股”就知道了?

战机先不先进,看看“屁股”就知道了?

  • 分类:新闻中心
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  • 发布时间:2020-07-09 15:41
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【概要描述】

战机先不先进,看看“屁股”就知道了?

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超机动性、隐身、超视距打击和超声速巡航等是衡量战机是否先进的重要因素,而超机动性、超声速和隐身三者都战机“屁股”与紧密相连。

 

01

什么是战机“屁股”

从上面GIF图,我们可以很直观的看到所谓战机的“屁股”,其实就是战机的尾喷管。

尾喷管又叫排气喷管,简称喷管。在航空燃气涡轮发动机上, 尾喷管的主要作用是使发动机排出的燃气继续膨胀, 将燃气的可用功转变为动能, 燃气以高速向后喷出, 以较大的速度(一般为550~600米/秒)排出发动机,用以产生推力。

 

而尾喷管道面积的调整可改变气流在涡轮和尾喷管中膨胀比的分配,实现对整个发动机工作状态的控制。因此, 尾喷管的喉道面积可以作为发动机的一个调节量。

战机尾喷管大致有两种分类方法:

1、收敛和收敛扩张;

2、喷口面积可调和不可调。

(1)收敛尾喷管, 包括锥形尾喷管和分开排气涡扇发动机的尾喷管;
(2) 收敛扩张尾喷管, 包括轴对称收敛扩张尾喷管、塞式尾喷管以及各类不同形状的非轴对称尾喷管。

 

02

尾喷管与超声速

尾喷管对超声速的影响:

亚声速(速度低于当地声速)气体在截面不断变小的管道中会加速。

超声速(速度高于当地声速)气体在截面不断变小的管道中会减速,在截面增大的管道中反而会加速。

 

高温高压的燃气在尾喷管里不断膨胀加速,最终以高速排出,使发动机获得推力。对于喷气式战斗机(现代先进战机一般装配小涵道比涡扇发动机),尾喷管排出的燃气速度越快,航空发动机获得的推力就越大。

 

早期的喷气式战机多是亚声速或低超声速的,因此可以采用纯收敛型喷管,但是不适用于高超声速飞行。于是,收敛-扩张型喷管出现了。先收敛让亚声速气体膨胀加速,到了声速以后再扩张让超声速气体继续膨胀加速。

 

喷管的形式、喉道面积和出口面积必须和发动机流量、压比相匹配。发动机在工作时提供给尾喷管的空气流量和压强并不是固定值,往往跟随工作状态不断发生变化,因此有必要对喷管的喉道面积和出口面积不断进行调节,可调喷管也应运而生。

 

03

尾喷管与超机动性

“矢量喷管”几乎成了先进战机的代名词。轴对称矢量喷管、转向矢量喷管、二元矢量喷管、气动矢量喷管等等都是军迷们的热门话题。事实上,矢量喷管不仅能为飞机提供向前飞行的推力,而且还可补充或取代气动舵面对飞机进行控制,甚至帮助飞机实现短距起飞和垂直起降等,大大增强了飞机的机动性。

▲轴对称矢量喷管

▲轴对称矢量喷管

 

轴对称矢量喷管结构轻质高效,具有良好的气动性能,使飞机不需要做较大的改装即可实现矢量推进。

▲转向矢量喷管

▲三轴承旋转矢量喷管

▲三轴承旋转矢量喷管示意图

 

转向矢量喷管可以向下偏转至与地面垂直,使喷气流垂直向下喷射,帮助飞机实现垂直起降等。

▲F22矩形二元矢量喷管

▲F22矩形二元矢量喷管

 

二元矢量喷管具有矩形构型,在红外隐身方面具有明显优势,同时更有利于实现与飞机后机身高度一体化的设计。

▲气动矢量喷管(原理图)

 

气动矢量喷管依靠二次流注入使喷管主流发生偏转从而形成推力矢量,主要针对未来高推重比发动机排气系统,具有重量轻、零件数量少等特点。

 

04

尾喷管与隐身性

发动机隐身技术是战机隐身的重要一环,其内容涵盖减小发动机可观察部件的探测反射特征、降噪和红外抑制技术,而尾喷管的改造能很大程度上改善发动机的隐身性能。

改变尾喷管的气流稳定性是发动机降噪的主要途径之一。锯齿形尾喷口、微喷射流等技术均能达到不错的效果。

这是俄罗斯T-50战机换装的新型发动机“产品-30”涡扇发动机,采用的是同轴三维推力矢量尾喷管,锯齿状的末端扩敛片具备一定的隐身能力。

“产品-30”涡扇发动机的尾喷口特写,结构非常复杂。

 

发动机尾喷口的燃气流是飞机红外辐射的主要来源之一。伊拉克战争期间,几乎所有的伊拉克战机都是被红外制导导弹击落的。遮掩尾喷管、尾喷管周围涂隔热涂层或加红外挡板、全长加力筒体隔热屏、改变尾喷口方向等,都是实现红外抑制、增强发动机隐身性能的有效方式。

▲AL-31发动机尾喷口内部的结构极为复杂

▲“台风”战斗机的尾喷口内部已经较为精简

▲F-22的尾喷口内不但进行了精简,还部分应用了雷达屏蔽器技术

▲F-35尾喷口内的雷达屏蔽器遮挡了绝大部分复杂机构

 

本文来源:机械知网

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