飛機發動機尾巴上的花瓣為什麼越來越平?

2021-02-09 航空知識

有不少朋友坐飛機的時候應該注意到飛機發動機的尾巴上有些時候會有鋸齒狀的邊緣，或者從發動機的尾噴口看進去，裡面有花瓣狀的結構。這些東西到底是什麼？跟飛機先進與否有關係嗎？

估計有朋友會說，這題我會。尾噴口裡面的那個東西是發動機的火焰穩定器，跟飛機的加力飛行有關。確實，我們經常會在一些軍事報導中看到飛機發動機尾噴口內部會有一圈圈鐵板狀的結構，而一些有經驗的軍迷朋友甚至於能夠根據這些結構的布置形式，再配合尾噴口的形狀來判斷這到底是什麼發動機。那麼，這些鐵板狀的結構就是發動機加力燃燒室中的火焰穩定器，是用來在加力燃燒室中穩定火焰燃燒用的。簡單說，軍用發動機往往需要在發動機正常工作的基礎上進一步提高推力，所以需要在發動機尾噴口位置噴入燃料，二次點燃，而這個位置就是所謂的加力燃燒室。

但是發動機尾噴口位置的氣流速度很高，就好像在大風裡面很難點燃火柴一樣，這個時候我們往往要伸出手擋住風，利用手背後的寧靜之地來點燃火柴，發動機也一樣，需要在加力燃燒室安裝所謂的「火焰穩定器」，其實就是一塊擋板，可以擋住洶湧的來流，而點火裝置和噴油嘴就藏在這塊擋板的後面，保證火焰的穩定燃燒。但是今天我們經常從民用飛機上看到的花瓣狀結構，還真的不是火焰穩定器，畢竟我們常見的那些民用發動機哪兒有加力燃燒室呀？這種花瓣狀結構，是另外一種裝置，叫做出口氣流混合器。對於民用大涵道比渦扇發動機而言，我們可以根據氣流相對發動機的速度把氣流分成三層：最外面的那層氣流實際上就是空氣相對發動機的流動，速度最低；往裡面的那層是經過發動機風扇加速的氣流，相當於在外流的基礎上增加了一些速度，這部分氣流被稱為外涵道氣流，速度高了不少；再往裡面的那一層氣流，是經過風扇、壓氣機、燃燒室和渦輪多道程序，所以氣流速度相對最高，被稱為內涵道氣流。

這就不得不說到一件事情：噪聲。我們聽到飛機巨大的噪聲，其實很大一部分就是來自於發動機中的燃燒和氣流流動，而之所以氣流流動會造成噪聲，主要原因之一，就是不同速度的氣流如果「硬碰硬」地撞到一起，那麼就會產生巨大的噪音。舉個大家容易理解的例子，手槍在發射的時候產生很大的聲響，其實也跟槍管內的氣流速度過高、與外部靜止空氣產生「碰撞」有關，所以手槍消音器的作用其實就是讓快速噴出的燃氣與靜止空氣預先混合，這樣就可以有效消音了。

所以，為了避免發動機產生巨大的噪音，發動機上往往會在不同速度氣流的分界面位置設計這種花瓣狀的氣流混合器，增大氣流的接觸面積，讓氣流分批次地逐漸混合。

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↑真正喪心病狂的花瓣狀結構↑

除了花瓣狀的氣流混合器外，鋸齒狀尾部邊緣結構也可以讓氣流充分混合，從而降低噪音，但是氣流混合效率肯定是低於大開大合的花瓣狀混合器，但是為什麼現在反而看到鋸齒狀的氣流混合器越來越多，花瓣狀的反而越來越少呢？↑外涵道氣流-內涵道氣流和外涵道氣流-外流之間都有鋸齒結構↑首先，這個花瓣狀的氣流混合器肯定不是只有好處沒有壞處的，在降低噪音的同時，這種花瓣狀混合器可能會降低氣流流動的效率，造成推力的減小，另外，這麼複雜的零件生產加工起來也是很複雜的，所以理論上是能不用儘量少用。其次，隨著航空發動機的發展，尤其是民用航空發動機的發展，發動機尾噴口的噴氣速度是越來越低的（渦輪效率的提高、涵道比的增大等等），所以發動機不同區域氣流的速度差不像原來那麼明顯，所以自然就換成了結構更加簡單、效率更加高的鋸齒狀結構，或者乾脆就不裝了。

風上風雲｜雲端故事

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