飞机上的 喷口零件的种类和功用零件的种类和功
不论是涡喷发动机还是涡扇发动机,其做功最终都得依靠喷管.喷管最基本的功能就是把发动机中高温高压燃气的内能转化为动能,产生推力.航空涡轮发动机的推力主要取决于喷管出口的排气速度,所以喷管又被称为推力喷管或者推进器,也有的文献把它叫做尾喷口.因为喷管的通道截面积是逐渐缩小（收敛）的,所以流经气流的速度逐渐加快.对于一台发动机来说,喷口面积越小,排气速度越大,推力也越大.但是当喷口面积小到某一个量值时,由于涡轮后温度的限制,推力不再增加.因为此时喷管出口截面的气流速度已经达到音速,喷口处于临界状态,相当于自来水龙头,起到节流的作用.从20世纪50年代中期起,战斗机上的涡轮发动机都***了加力燃烧室.它使得气流温度骤然增加几百到上千摄氏度,发动机的容积流量因此大大增加.这样一来,出口面积固定和简单收敛的喷管就无法满足发动机的工作需要了.为了保证发动机的工作状态不变,加力工作时必须加大节流面积（50％～170％）.这样就必须把喷口出口面积设计成可调的.可调收敛喷管不仅是开加力的需要,它还带来另一个好处：能改变发动机的流量特性和起动特性.这一点对于现代多级高增压比轴流式压气机是非常重要的,因为可以借助喷口面积的改变来改善和扩大发动机的稳定工作范围,也就是喘振裕度.目前锥形收敛可调喷管的收敛一般由连杆机构操纵,也被形象地称为鱼鳞式可调喷管.加力发动机使飞机进入了超音速时代.由于超音速飞行产生的静压作用,使得发动机排气压力增加,导致喷管的落压比（排气流在喷口截面的压力与环境压力之比）也随之增加,达到15～20,甚至更高.这时喷口的排气流是在极度欠膨胀的情况下工作的,以至于推力损失高达百分之几十!为了"回收"这部分推力,人们在主喷管的出口处加了一个外套管或者叫做引射罩,这就是引射喷管.它使发动机在原来主喷管收缩端即节流截面的后方新增加了一个引射器的出口截面.这样,主气流在离开发动机之前,又引进了一股或多股新的流量,致使总的排气量增加.而且,这种结构的喷管允许气流进一步膨胀,进一步增大了排气速度,使发动机的推力加大.引射喷管虽然能使飞机超音速飞行时的推力增加,但是由于引射罩与主喷管之间有一个环形空间,会在低速或亚音速飞行时引起气流分离,从而造成所谓的"底阻 ".这种底部阻力抵消了发动机的一部分推力,为此经过改进,收扩式喷管应运而生.它使喷管流道先缩小再扩大,允许气流在喉道处达到音速后进一步加速为超音速气流.由于它在收缩段末段截面（喉道）和扩张段出口截面（喷口）都可调,因此既具有良好的亚跨音速性能又有极佳的超音速性能.目前各国正在服役的第三代战斗机上普遍采用的就是收扩式喷管.现代高技术条件下的战争对喷管提出了更高的要求,这就是不仅提供推力,还能借助推力改变飞机的飞行方向,于是推力矢量喷管应运而生.目前比较成熟的方案有三类：第一类是空心球铰或球关节,是在原来主喷管前加装一个球形铰,并通过它来实施推力转向.俄罗斯雅克-141的发动机和美国F-35上的F-110- GE-129发动机采用的都是这类方案,由于可以使推力发生90°以上的变化,故该方案适用于垂直起降飞机.第二类是空间复式连杆机构,是在轴对称喷管的扩张段借助一个名叫转向环的零件实施转向.典型例子有俄罗斯苏-37的AL-31-FU发动机,它可以使飞机不依赖气动控制面而在三个方向上进行机动,故也称为三元喷管.第三类是以美国F-22的F119为代表的二元喷管,不仅具有仅次于三元喷管的良好机动性,还使飞机具有隐身能力和超音速巡航能力,在技术上也比三元喷管简单.发动机推力主要是高温、高压、高速气体排出喷管而产生的反作用力,排气温度高达2000K以上,流速能达到甚至超过音速.在这样的高温、高压、高速气流冲刷下,要求喷管转动灵活,没有卡涩,密封性好,不漏气（否则热气流就会烧蚀飞机尾部）,还要减轻重量并能精确控制截面积、形状和角度,所以,推力矢量喷管的研制是一个极大的技术难题.但是,装有推力矢量喷管的发动机具有以过失速能力和短距起降能力为代表的超机动能力,无论是高速还是低速甚至零速度都有良好的飞行操纵品质,是新一代战斗机的必备功能,也是现役第三代战斗机的改进方向,所以,它已经成为了各航空大国关注中的焦点.我国航空工程师目前也在从事这方面的技术研究工作.
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扫描下载二维码不解:战斗机的发动机菱形机头,三元矢量喷口,上反鸭翼,下反主翼等对提高飞机性能有什么作用?请解释一下他们的原理或作用!
菱形机头：避免电磁波在非连续表面形成镜面照射,减小雷达反射截面积.机头的底部平面可以提供额外的升力（J20、T50和F35）,即机头涡.三元矢量喷口：三元矢量喷口可以通过喷口的偏转形成额外的非轴向动力,在失速状态下（此时气动平面无法再提供偏转力）,依靠发动机推力仍然可以对飞机的俯仰、偏转和滚转轴进行操作,即过失速机动性.上反鸭翼：大裕度放宽静稳定度的设计,气动中心位于重心之前,飞机升降舵（即鸭翼）在控制飞机俯仰姿态时,所产生的升力与主翼方向一致.而J20远距耦合鸭翼较大的放宽裕度可以保证在高速飞行中不会随重心前移而变为静稳定结构,仍然有较佳的机动性.另外,J20因为是远距耦合鸭翼,涡升力主要还是靠大边条提供.其上反的设计个人估计有可能是减小下洗流场对主翼的影响,也可能是减小横向机动性时对俯仰姿态的干扰.下反主翼：下反主翼由于飞机在滚转时,一侧机翼投影面积减小速度比较快,使飞机在较小侧倾角时度即可发生自发的滚转动作.而上反主翼则正好相反,即便侧倾角较大时仍有自动回复平衡的趋势.因此,战斗机较常使用下反主翼设计,有利于飞机的横向机动性.而民航则多用上反主翼设计.
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