观看F-15E排气柱中形成的冲击钻石和马赫盘’s Engine

PW F100发动机排气中的马赫钻石。 (图片来源:下面嵌入的YT视频的屏幕截图)。

喷气发动机排气中的冲击钻石和马赫盘在晚上尤其明显,令人着迷。

以下视频显示 皇家空军莱肯希思’F-15E攻击之鹰测试期间的推进力测试室’的加力涡轮风扇发动机。 4K素材特别有趣,因为它可以让我们近距离看到普拉特排气管中的冲击钻石。& Whitney F100.

简而言之,这些冲击钻石是排气中局部密度和压力突然变化的可见效果。排气羽流的出口压力低于大气压。这称为“overexpansion”。当流量过度膨胀时,较高的外部大气导致较低压力的排气压缩。该压缩增加了排气的压力,该排气再次膨胀,并逐渐逐渐减小压力。因此,流量会收缩并膨胀,直到羽流的压力等于大气压为止。

有关冲击钻石的形成方式及其背后的理论的详细说明,可以在以下网址找到: Aerospaceweb.org 网站.

这里’摘自Jeff Scott的文章摘录:

波浪结构会在过大的流动中产生冲击钻石。 (通过Aerospaceweb.org)

[…]

离开喷嘴时,中心线附近的流量将平行于该中心线移动。但是,超出自由射流边界的环境大气压力高于排气压力。较高的压力迫使排气向内转向中心线。通过称为斜冲击波的一种波可以实现这种转向。任何冲击波都会引起流动压力的变化,在这种情况下会增加压力。 […]

另一方面,垂直于流动方向的冲击波称为法向冲击波。当流动再次平行于中心线时,在上图中可以看到正常的冲击。 这种正常的冲击会产生马赫盘 在排气流中。通过此正常冲击波会导致气流温度升高,点燃排气中存在的任何多余燃料,使其燃烧。 正是这种燃烧的燃料使马赫盘发光并变得可见,从而形成了环形图案。

像斜向冲击一样,这种正常的冲击波也会增加废气的压力。但是,流量变得如此压缩,以至于压力现在大于周围大气压。结果,气流开始向外转向,并且排气在试图与外部空气平衡时膨胀。流动的转向是通过一系列膨胀波完成的,这些膨胀波从自由射流边界反射并向中心线反射。这些波导致水流向外转向并降低压力。膨胀波然后遇到“twins”在中心线处从喷嘴的另一侧开始,并朝向自由射流边界向外反射,这也称为接触不连续性。当流体流过这些反射的膨胀波时,它平行于中心线转动并再次降低压力。这两组膨胀波统称为膨胀风扇。

膨胀风扇降低了排气压力,但现在再次低于环境压力。当膨胀波到达接触间断时,它们再次向内反射回以产生压缩波和压缩风扇。这些压缩波迫使流体向内转回并增加压力。如果压缩波足够强,它们将合并为斜向冲击波,并形成类似于喷嘴出口附近的新马赫盘。这一系列的压缩波和冲击波会增加外部空气上方的压力,从而形成新的膨胀风扇,依此类推。此过程一次又一次地重复,以创建一系列马赫盘,我们将其视为喷气发动机或火箭发动机排气中的冲击钻石。

该夹片还与马赫盘一起显示了喷嘴的可变几何形状,我已经详细介绍了这些内容。 这里.

喷嘴操作的理论很简单:当推力增加时,喷嘴逐渐打开以适应排气段并容纳燃料丰富的重燃气体。如果选择加力燃烧器后喷嘴未打开,则高压和高温可能会导致涡轮叶片过热并发生故障。

因此,一般来说:

  • 喷嘴在静止时打开,飞机停在停车位
  • 当飞机在空载推力作用下在地面滑行时,直径部分减小(喷嘴关闭)
  • 选择加力燃烧器时,喷嘴打开
  • 在飞行中,喷嘴位置保持最小直径,直到选择了加力燃烧室

最后一件事,视频显示了蓝色的羽毛。尽管羽流的颜色可能取决于各种因素,但通常,蓝色/紫色火焰颜色是俄罗斯发动机的典型特征。如上一篇有关 Tu-22M3逆火发动机,当羽蓝的颜色出现时’经过更彻底的燃烧,反应产生了足够的能量来激发和电离火焰中的气体分子,从而导致 蓝色火焰外观。换句话说,蓝焰是由分子自由基(尤其是CH和C2)产生的,这些分子自由基在可见光谱的蓝色区域发射大部分光。相反,橙色是由在离开喷嘴之前未完全燃烧掉的燃料引起的,因此产生了烟灰(未燃烧的碳颗粒),该碳烟在火焰的热量下发光,从而给出橙色。



关于大卫·森西奥蒂 4255文章
戴维·森西奥蒂(David Cenciotti)是意大利罗马的自由记者。他是“航空兵”的创办人和编辑,这是世界上最著名和阅读次数最多的军事航空博客之一。自1996年以来,他为世界主要杂志撰写文章,包括《空军月刊》,《战斗飞机》等,涵盖航空,国防,战争,工业,情报,犯罪和网络战争等众多杂志。他曾在美国,欧洲,澳大利亚和叙利亚报道过,并曾用不同的空军驾驶几架战斗机。他曾是意大利空军的第二中校,私人飞行员和计算机工程专业的毕业生。他写了四本书。