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小军迷可儿和泽元最近翻出了以前在中国航空博物馆拍的照片,有了一些新发现,让我们来看看,他们发现了什么——
这个“出口”很关键
可儿和泽元说的这个“出气口”,学名叫“尾喷口”,是负责将发动机排出的燃气快速喷出,从而产生推力的装置。要想知道尾喷口的作用,我们得先了解一下战斗机发动机是怎么工作的。
为了保证高速飞行,战斗机常使用涡轮喷气发动机或者涡轮风扇发动机,它们工作流程都是空气由进气口流向压缩机,经过增压后进入燃烧室,气体燃烧膨胀,最后从尾喷口喷出,产生反作用力,使飞机向前飞。简单点说,尾喷口就是发动机排除废气的地方,属于战斗机整个“排气系统”中最外面的一环。也正是因为如此,尾喷口成了战斗机的一个弱点——发动机产生的噪声和高温燃气通过这里排出时,如果不经过消声和冷却处理的话,很容易被敌军发现。想要发挥作用,又能隐藏战斗机的真实身份,尾喷口的设计可是个精细活儿。
方圆有奥秘
我们见到的尾喷口有圆也有方,其中要数圆形多一些,为什么呢?因为和其他形状相比,从圆形尾喷口经过的高温燃气与排气管之间的摩擦力最小,发动机的推力损失的就最小。
但圆形尾喷口并不完美,它不易与机翼、尾翼和扁宽的后机身融合,影响机身的流线型,并会产生一些额外阻力,降低飞行速度;同时,突出在机身外的圆形曲面也会增加战斗机被雷达发现的风险。另外,圆形尾喷口喷出的燃气呈锥状,温度很高,又不易与外界冷空气掺混,红外特征较明显,容易被红外探测器发现。
相比而言,扁宽的方形尾喷口不仅能更好地和战斗机机身融合,更容易增强战斗机的隐身性,而且产生的额外阻力甚至可以忽略不计!不过,要想让战斗机都换装上方形尾喷口可没那么简单。喷气式战斗机使用的发动机一般都是圆的,如果接上这种方形的尾喷口,有可能造成排气不顺畅的问题,这就带给设计师们一个不小的考验。除此之外,由于方形尾喷口的受热情况不均匀,需要冷却的面多,因此对冷却系统的要求也较高。不过为了飞得快、能隐身,困难再多也要解决,看看人家F-22,好像也飞得蛮好的嘛。
【小资料】隐身有绝招
虽说F-117战斗机已经因为造价昂贵而退役了,但它的扁平外形却深入人心。它的尾喷口,是位于尾部的两道口琴状的缝,这种深藏不露的设计大大提高了它的隐身性。在未来,越来越多的战机会把尾喷口深“嵌”进机身,雷达波进去容易,想“跑”回去给敌军通风报信就难了。
图08说明:F-117早已成为传奇。
横竖有讲究
说起尾喷口的位置来,这可有讲究了。灵巧轻便,适合低空格斗的单发战斗机,只有一台发动机,尾喷口自然是放在尾部的正中间。可是,推力大、速度快,适合高空拦截的双发战斗机有两个尾喷口,怎么排列呢?
大多数双发战斗机的发动机都是左右并列的,比如俄罗斯的米格-29,美国的F-15、F-22等。如果非要在它们之间找点区别出来,那就是两个尾喷口之间的距离不一样,有的挨在一起,有的分开。可是,除了左右并列以外,一些战斗机的尾喷口还会采用上下结构的设计,比如英国的“闪电”战斗机。
英国“闪电”的进气口在机头,为了加大推力,进气口被设计得很大,会影响飞行员的视野。于是,设计师就把两台发动机上下排列,这样就可以垫高驾驶舱的位置,相应地,尾喷口也被摞在了一起。从这款奇怪的飞机我们可以看出,尾喷口的排列都和飞机的整体性能相关,可不是随意安排的。
矢量Style
看了这么多尾喷口,提个问题:尾喷口开口朝哪?
如果有人只是认为简单的向后,那就太不专业了。早期的战斗机尾喷口的截面积大小是不变的,而且开口也是固定向正后方的。可是随着矢量喷口的出现,情况就变得“复杂”了起来。
首先登场的是二维矢量喷口,简单来说,所谓“二维”,就是指可以实现上下偏转。比如F-22的矩形尾喷口,就是隐藏在上下两块调节板中间的。可别小瞧这两块板,它们可以调节喷气量的大小,也可以让喷气方向实现上下20°的偏转,提高战斗机的机动能力,帮助飞机完成类似“眼镜蛇机动”这样的空战动作。当然,能上下偏转的尾喷口也有类似苏-35这样圆形的,能够实现上下15°的偏转。
接下来登场的就是三维矢量喷口了。它问世比较晚,大约在20世纪末才开始被使用在战机上。所谓“三维”就是指它不仅能向下偏转90°,还可以向左右偏转。当它的喷口开口方向朝地面时,可以帮助战机实现短距起降,美国的F-35以及俄罗斯的雅克141都采用了这种喷口。但它也存在着一些缺点,比如控制系统复杂,活动部件多,维修起来比较困难,寿命也较短等。
【小资料】开口大小的秘密
尾喷口如何调节推力的大小呢?它通过张开或收缩开口来实现:如果开口张开,那么高温燃气喷出的截面积就变大了,燃气的压力会变小,推力也就变小;而如果开口收缩,那么一切就都反过来了。就好比在灌了水的饮料瓶盖子上扎个洞,洞口越大,水喷出来时的力量越小。
【结语】
战斗机千奇百怪的尾喷口实现的功能各不相同,有的是为了飞得快,有的是为了能隐身,有的是为了改善飞行员视野,有的则是为了实现短距起降。可儿和泽元算是知道了,原来,武器装备上所有部件的设计都是有原因的,看大装备时,多多瞅瞅小部件,或许就会收获大学问。大家觉得呢?
这个“出口”很关键
可儿和泽元说的这个“出气口”,学名叫“尾喷口”,是负责将发动机排出的燃气快速喷出,从而产生推力的装置。要想知道尾喷口的作用,我们得先了解一下战斗机发动机是怎么工作的。
为了保证高速飞行,战斗机常使用涡轮喷气发动机或者涡轮风扇发动机,它们工作流程都是空气由进气口流向压缩机,经过增压后进入燃烧室,气体燃烧膨胀,最后从尾喷口喷出,产生反作用力,使飞机向前飞。简单点说,尾喷口就是发动机排除废气的地方,属于战斗机整个“排气系统”中最外面的一环。也正是因为如此,尾喷口成了战斗机的一个弱点——发动机产生的噪声和高温燃气通过这里排出时,如果不经过消声和冷却处理的话,很容易被敌军发现。想要发挥作用,又能隐藏战斗机的真实身份,尾喷口的设计可是个精细活儿。
方圆有奥秘
我们见到的尾喷口有圆也有方,其中要数圆形多一些,为什么呢?因为和其他形状相比,从圆形尾喷口经过的高温燃气与排气管之间的摩擦力最小,发动机的推力损失的就最小。
但圆形尾喷口并不完美,它不易与机翼、尾翼和扁宽的后机身融合,影响机身的流线型,并会产生一些额外阻力,降低飞行速度;同时,突出在机身外的圆形曲面也会增加战斗机被雷达发现的风险。另外,圆形尾喷口喷出的燃气呈锥状,温度很高,又不易与外界冷空气掺混,红外特征较明显,容易被红外探测器发现。
相比而言,扁宽的方形尾喷口不仅能更好地和战斗机机身融合,更容易增强战斗机的隐身性,而且产生的额外阻力甚至可以忽略不计!不过,要想让战斗机都换装上方形尾喷口可没那么简单。喷气式战斗机使用的发动机一般都是圆的,如果接上这种方形的尾喷口,有可能造成排气不顺畅的问题,这就带给设计师们一个不小的考验。除此之外,由于方形尾喷口的受热情况不均匀,需要冷却的面多,因此对冷却系统的要求也较高。不过为了飞得快、能隐身,困难再多也要解决,看看人家F-22,好像也飞得蛮好的嘛。
【小资料】隐身有绝招
虽说F-117战斗机已经因为造价昂贵而退役了,但它的扁平外形却深入人心。它的尾喷口,是位于尾部的两道口琴状的缝,这种深藏不露的设计大大提高了它的隐身性。在未来,越来越多的战机会把尾喷口深“嵌”进机身,雷达波进去容易,想“跑”回去给敌军通风报信就难了。
图08说明:F-117早已成为传奇。
横竖有讲究
说起尾喷口的位置来,这可有讲究了。灵巧轻便,适合低空格斗的单发战斗机,只有一台发动机,尾喷口自然是放在尾部的正中间。可是,推力大、速度快,适合高空拦截的双发战斗机有两个尾喷口,怎么排列呢?
大多数双发战斗机的发动机都是左右并列的,比如俄罗斯的米格-29,美国的F-15、F-22等。如果非要在它们之间找点区别出来,那就是两个尾喷口之间的距离不一样,有的挨在一起,有的分开。可是,除了左右并列以外,一些战斗机的尾喷口还会采用上下结构的设计,比如英国的“闪电”战斗机。
英国“闪电”的进气口在机头,为了加大推力,进气口被设计得很大,会影响飞行员的视野。于是,设计师就把两台发动机上下排列,这样就可以垫高驾驶舱的位置,相应地,尾喷口也被摞在了一起。从这款奇怪的飞机我们可以看出,尾喷口的排列都和飞机的整体性能相关,可不是随意安排的。
矢量Style
看了这么多尾喷口,提个问题:尾喷口开口朝哪?
如果有人只是认为简单的向后,那就太不专业了。早期的战斗机尾喷口的截面积大小是不变的,而且开口也是固定向正后方的。可是随着矢量喷口的出现,情况就变得“复杂”了起来。
首先登场的是二维矢量喷口,简单来说,所谓“二维”,就是指可以实现上下偏转。比如F-22的矩形尾喷口,就是隐藏在上下两块调节板中间的。可别小瞧这两块板,它们可以调节喷气量的大小,也可以让喷气方向实现上下20°的偏转,提高战斗机的机动能力,帮助飞机完成类似“眼镜蛇机动”这样的空战动作。当然,能上下偏转的尾喷口也有类似苏-35这样圆形的,能够实现上下15°的偏转。
接下来登场的就是三维矢量喷口了。它问世比较晚,大约在20世纪末才开始被使用在战机上。所谓“三维”就是指它不仅能向下偏转90°,还可以向左右偏转。当它的喷口开口方向朝地面时,可以帮助战机实现短距起降,美国的F-35以及俄罗斯的雅克141都采用了这种喷口。但它也存在着一些缺点,比如控制系统复杂,活动部件多,维修起来比较困难,寿命也较短等。
【小资料】开口大小的秘密
尾喷口如何调节推力的大小呢?它通过张开或收缩开口来实现:如果开口张开,那么高温燃气喷出的截面积就变大了,燃气的压力会变小,推力也就变小;而如果开口收缩,那么一切就都反过来了。就好比在灌了水的饮料瓶盖子上扎个洞,洞口越大,水喷出来时的力量越小。
【结语】
战斗机千奇百怪的尾喷口实现的功能各不相同,有的是为了飞得快,有的是为了能隐身,有的是为了改善飞行员视野,有的则是为了实现短距起降。可儿和泽元算是知道了,原来,武器装备上所有部件的设计都是有原因的,看大装备时,多多瞅瞅小部件,或许就会收获大学问。大家觉得呢?