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[军事科普] 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

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发表于 2018-4-10 10:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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首先解释一下火焰颜色的区别

一般情况下,蓝火焰的温度是最高的,火焰颜色和温度对应:

暗红色——600摄氏度左右

深红色——700摄氏度左右

橘红色——1000摄氏度左右

纯橘色——1100摄氏度左右

金橘色——1200摄氏度左右

金黄色——1300摄氏度左右

金白色——1400摄氏度左右

纯白色——1500摄氏度左右

白蓝色——1500摄氏度以上

天蓝色——2000摄氏度左右

蓝色——2500摄氏度以上

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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:21 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:21 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:21 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?




其次谈谈战机尾焰颜色区别原因

一般来说,蓝色温度比红色高,不过由于喷口金属材质不同,火焰颜色也会不同(焰色反应),蓝色火焰代表温度最高,你也可以理解为推力大。F-22(F-119发动机)可以非加力超音速巡航,你看到的红黄色证明F-22还没开加力。

顺路说下战斗机开加力,那么问题不外乎两个,燃油消耗和持续时间。

首先,一般而言开加力是指对喷气发动机而言,无论是涡扇和涡喷(涡桨发动机可以视为涡扇发动机的变型)。活塞发动机也有开加力一说,也就是往燃烧室里喷酒精或者喷水,但是现役战斗机基本都是喷气式的,所以不在阐述之列。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:22 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



涡喷发动机的结构为压气段(低压段加高压段),燃烧室,做功涡轮,排气段。整个气流路径成为内涵道。涡扇发动机比涡喷发动机在内涵道外多了一个外函道,借助增大直径的低压段压气机叶片产生向后的压缩空气推力。因此在相同的油耗情况下,能够获得比涡喷更大的推力。或者反过来说相同推力情况下则更经济。缺点就是结构更复杂,直径和重量更大。但是借助现代先进冶金技术和制造工艺,涡扇发动机的优点(省油、大推力)远远超过缺点。目前最先进的F119-PW-100小涵道比涡扇发动机的推重比达到了10以上。也就是说,该发动机可以产生十倍于自身重量的推力。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:22 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



战斗机在作战时,因为战术需要,有时需要以最大速度迅速抵达战区,或者迅速抢占能量高点。因此在军用最大推力以外,还需要通过开加力来获得瞬时的速度。每一种型号的喷气发动机在设计时,都有开加力的功能。开加力的原理就是当喷气发动机运行时,往燃烧室后部,做功涡轮之前的内涵道内喷入额外的雾化燃料,借助燃烧室排出的燃气点燃。

因其燃烧膨胀做功产生额外的推力,并促使做功涡轮加速,带动前端两级压气机吸入更多的空气。由于开加力做功的部分是在燃烧室之后,因此俗称后燃或者补燃。这一段发动机结构往往会经过加强,又称为加力燃烧段。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:23 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



当喷气发动机开加力时,其燃料消耗至少是正常情况下的两倍,相应的战斗机的航程也会随之降低。以上述F119-PW-100为例,非加力油耗0.75-0.8kg/小时kg推力,而加力油耗1.8kg/小时kg推力。同时,由于开加力对急剧增加发动机内涵道后燃段的温度和压力,以及核心涡轮的转速,因此开加力会缩短发动机寿命。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:23 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



起飞中的米格-25RB



俄系喷气发动机允许开最大加力时间一般不得超过两分钟,西方喷气发动机允许开最大加力时间一般不得超过五分钟。超过后有可能因为发动机部件受应力超过屈服强度而发生裂缝、断裂等严重问题。而且开加力后的发动机在着陆后都要对涡轮叶片和燃烧室进行详细检查。所以,战斗机一般只在重载起飞(尤其是舰载战斗机)或者作战时才开加力,开也不是一下子开足,而是根据需要决定。现代飞机的电控系统可以根据需要精确的控制开加力程度,也就是燃油使用效率更高。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:24 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



美国B1战略轰炸机



三代及以下的喷气飞机使用军用最大推力并不能达到超音速,也就是说,即便像F-15这样的双发重型战机,也需要开加力才能超过音速。而四代机得益于所装备的喷气发动机的推重比提高,在不开加力的情况下依靠军用推力就能达到1.5M的超音速水平。这也是四代机的重要指标之一。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:25 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

以下从航空发动机燃烧学的角度对外焰焰色的不同稍作解释。



上图为一个本生灯模型,可以通过它来模拟航空发动机火焰燃烧的不同状态。a为一次供气的进气量,当a为0时是纯油燃烧,属于扩散燃烧(外焰呈现黄色)。

当a在0-0.3直接时是富油燃烧,会有部分燃油溢出火焰面在空气中寻求更多的氧化剂。这是一种组合火焰,内焰呈深蓝色属于预混燃烧,外焰呈黄色属于扩散燃烧。

当a在0.3-1直接时,和上一个情况类似,也是一种组合燃烧,由于比例不同,外焰扩散燃烧呈暗红色。

当a大于1时,一次供气时预混地恰到好处,火焰属于预混燃烧呈浅蓝色火焰。
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 楼主| 发表于 2018-4-10 10:25 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?



另外火焰的颜色跟燃料燃烧的充分度有关,燃烧充分呈蓝色,不充分是黄色,所以平时家里使用煤气炉时,也可以同时看到蓝色火焰和黄色火焰。所以说明俄罗斯战机发力时主要依靠增加燃料利用度,美国靠的是增加燃料燃烧量。
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发表于 2018-4-10 18:08 | 显示全部楼层
非常棒的科普贴!
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发表于 2018-4-10 18:19 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?


感谢科普,另外超巡,貌似不止得益于推重比的提高,气动外形的改进和速度优化范围的调整,应该都有关吧,F35虽然发动机够牛,可也只能做到准超巡吧。。。
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发表于 2018-4-10 18:23 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

游弋沙滩 发表于 2018-4-10 10:25
另外火焰的颜色跟燃料燃烧的充分度有关,燃烧充分呈蓝色,不充分是黄色,所以平时家里使用煤气炉时,也 ...

这是不是毛系发动机寿命短的原因之一呢???
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发表于 2018-4-10 18:48 超大游击队员 | 显示全部楼层
学习了……
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发表于 2018-4-10 22:50 超大游击队员 | 显示全部楼层
我记得逆火行有一期节目讲这个,结论是环境光线影响
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发表于 2018-4-10 23:38 超大游击队员 | 显示全部楼层
燃烧充分程度影响了火焰温度与颜色,要看空燃比和燃料热值,燃烧学关于这个有一个很有名的例子就是本生灯,可以百度一下
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发表于 2018-4-10 23:50 | 显示全部楼层
小白一直有个想法,真是藏在心中多年没敢吐露,轻喷。
J20尾焰基本呈现是蓝色,而娘娘和肥电尾焰基本呈现是橘红色,就觉得在尾部隐身方面美帝做的比我们做的好太多了。我们的J20的腹鳍除了稳定飞行以外,很大作用是起辅助尾部侧面隐身的作用。
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发表于 2018-4-11 08:17 | 显示全部楼层
知识贴,图版新方向。
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发表于 2018-4-11 09:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
还有焰色反应,F35有时可以喷出绿色尾焰
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发表于 2018-4-11 09:17 超大游击队员 | 显示全部楼层
涨姿势了,谢谢科普
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发表于 2018-4-11 11:30 | 显示全部楼层
还有吗,期待
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发表于 2018-4-11 11:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
不应该是发空版吗?
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发表于 2018-4-11 11:41 | 显示全部楼层
看来楼主的菊花图没少收藏啊
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发表于 2018-4-19 13:12 | 显示全部楼层
谢谢科普
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发表于 2018-4-19 14:45 | 显示全部楼层
有一点疑问!
后燃段喷油的时候怎么能喷在做功涡轮之前?!那个还得喷在燃烧室把?!前半截发动机达到满功率状态,大量未燃烧的新鲜空气被吸进来走外涵道进入后燃段。后燃段那里基本是个筒子,直接在筒子头部喷油补燃。蓝色是富氧燃烧的结果,橘黄就是差不多了。所有有时候看见蓝色加力,说明油还没喷够数,加力不是很到位。如果再加大喷油量,就是橘黄的了。
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发表于 2018-5-5 10:06 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

silveryc 发表于 2018-4-10 18:23
这是不是毛系发动机寿命短的原因之一呢???

是的,没有,燃油消耗,材料科学都有关系
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发表于 2018-5-14 14:37 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?

kiliiori 发表于 2018-4-10 23:50
小白一直有个想法,真是藏在心中多年没敢吐露,轻喷。
J20尾焰基本呈现是蓝色,而娘娘和肥电尾焰基本呈现 ...

我认为最主要的是对于大迎角下航向控制能力的不同技术路线,美帝选择了大垂尾以避开机身遮蔽,我们选择了小垂尾+不受机身影响的腹鳍+差动鸭翼的综合启动路线。
所以相对而言,我认为我们的做法还是更先进更现代的思路(F22作为四代机的先行者和开创者,诞生于90年代的它设计思路上还是趋于保守了)
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发表于 2018-5-14 15:43 | 显示全部楼层
所以说光靠尾焰颜色来判断发动机型号还不够靠谱。
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发表于 2018-5-14 18:00 | 显示全部楼层
学习了,不过蓝色火焰还是比较少见。
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发表于 2018-5-29 15:54 | 显示全部楼层
好文章,收藏慢慢学习
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发表于 2018-5-29 16:23 | 显示全部楼层
感谢科普,涨知识了~
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发表于 2018-6-6 08:54 | 显示全部楼层
又学到不少知识~~谢谢LZ的科普
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发表于 2018-6-6 08:56 超大游击队员 | 显示全部楼层
好科普,赞起来啊
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发表于 2018-6-6 08:58 | 显示全部楼层
非常棒的科普贴!
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发表于 2018-6-29 15:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 1QAZXSW21Q 于 2018-6-29 15:42 编辑

还有航空燃油和火焰接触部件的离子释放成分,也会很直观地影响火焰颜色甚至质地

我甚至想过,如果中修搞出了超级航空燃料,又不想被推理探测出来,就特地在喷口材料涂上特定的金属离子释放剂
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发表于 2018-6-29 15:52 | 显示全部楼层

RE: 飞机发动机的火焰为什么有的黄色有的蓝色?


这是干嘛,这就要起飞吗?试验简易机场起降?
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发表于 2018-7-27 00:04 | 显示全部楼层
逆火行有一期就专门说了飞机尾焰的颜色的知识,其实造成尾焰色泽的原因非常多,不光是燃烧充分度或者燃烧温度,包括大气环境,天气状况,太多的干扰因素了。
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发表于 2018-8-9 22:56 | 显示全部楼层
多谢楼主和楼上几位的科普。
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发表于 2018-8-12 00:36 | 显示全部楼层
科普好文!谢谢楼主!
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