努力超越自己为什么不会融化?,不愧是顶尖科技!战斗机尾部不断“喷火”
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现代空军战斗机所使用的的发动机都是高性能涡扇发动机 , 其工作原理就是从通过进气口压气机吸入空气 , 而后进入燃烧室与喷射的燃油混合后燃烧 , 把高温高速气体从尾喷口喷射出去 , 产生动力推动飞机高速飞行 。 目前空军战斗机普遍适用的涡扇发动机的燃烧室温度已经超过2000℃ , 涡轮温度也达到了1500度左右 , 尾喷口燃气虽然进行了冷却 , 但是温度超过500℃是很正常的 , 如此高的温度不是一般材料可以承受的 , 高空发动机尾部虽然长期喷火 , 但是却不会熔化 , 是因为采用了耐热特殊材料 , 并采取了多种降温设计共同产生作用的结果 。
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现代战斗机飞行时尾部会喷出长长的“火焰”的现象是很普遍的 , 之所以不会被融化 , 虽然尾喷口一直在“喷火” , 上面提到 , 这个位置的温度一般在500摄氏度左右 , 普通的耐高温的材料对于这个温度是可以承受的 。 而发动机燃烧室的温度是最高的 , 这里是燃油与空气混合后燃烧后膨胀的地方 , 温度可以高于2000摄氏度 , 涡扇发动机的燃烧室属于空腔结构 , 与高温气体接触的只有其内壁 , 因此使用耐高温材料 , 即便是承受2000℃的高温 , 发动机也不会融化 。
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【努力超越自己为什么不会融化?,不愧是顶尖科技!战斗机尾部不断“喷火”】而燃烧室的出口处才是对耐高温技术要求最高的地方 , 因为涡轮叶片需要受到了高温的持续冲击 , 冷却和散热非常困难 , 目前第四代小涵道比涡扇发动机涡轮前温度已经达到1700℃左右 , 大多数材料持续承受这一温度都会融化 , 第三代涡扇发动机在这一部位采用的是定向凝固高温合金 , 是发动机涡轮叶片的制造材料 。 第四代涡扇发动机则使用单晶合金 , 再添加稀土元素使得叶片可以承受1200℃的高温 。
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不过 , 1200℃依旧与第四代涡扇发动机近1700℃的涡轮前温度要求有着较大的差距 , 因此必须辅助于散热技术来降低涡轮的温度 。 涡扇发动机的涡轮叶片首先采用了中空结构 , 这样气流通过的时候可以产生对流 , 一层空气保护膜在发动机运转的时候就会存在于叶片之上 , 叶片表面还有复合材料热障涂层 , 能够起到润滑和隔热的作用 , 这样一整套辅助降温措施实施下来 , 发动机涡轮叶片温度可以下降300到600℃ , 这样就可以承受1700℃的高温 , 保证发动机持续稳定运转 。
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上面提到了燃烧室是战斗机涡扇发动机温度最高的部位 , 早期才有镍基合金材料制造制一部位 , 但是随着高性能发动机为了提高发动机推重比 , 造成燃烧室温度不断提升 , 现有合金材料已经不能满足新一代涡扇发动机耐高温的要求 , 而超高温陶瓷材料脱颖而出 , 的发展成为高性能航空发动机的重要制造材料 。 陶瓷基复合材料重量远低于镍合金 , 但是却可以承受1500℃的高温 , 可以在1200℃以上温度环境中持续工作 , 是四代涡扇战斗机制造材料的首选 , 美国目前研制出的陶瓷基复合材料已经可以承受1500℃的高温 , 并且在普惠F135发动机上成功运用 , 助力F135成为了世界最强发动机 。
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目前第六代战斗机已经开始在世界各国进入研制阶段 , 第五代涡扇发动机是第六代战斗机的标配 , 发动机涡轮前温度甚至达到了1930℃的水平 , 这就对涡轮叶片抗高温能力提出了更高的要求 , 也给耐高温材料的发展带来了前所未有的挑战 , 下一代耐高温材料以金属间化合物为主 , 并采取了双层壁超冷涡轮叶片降温技术 , 随着第六代战斗机的发展 , 最新涡扇发动机耐高温技术也将拉开自己神秘的面纱 , 展示给世人 。
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