尾喷管是喷气式飞机的
涡喷发动机的组成
部分之一,主要作用是将喷气式飞机燃油燃烧后的产物如
二氧化碳、
二氧化硫、
一氧化碳、
氮氧化物、未完全燃烧的小分子烃类物质喷射出去,起到排废气的作用,同时也利用喷射时空气产生的反作用力来推动飞机,不过在
涡轮螺旋桨发动机中,尾喷管提供的推力只是飞机动力的一部分,飞机主要的动力是由
涡轮螺旋桨发动机的驱动螺旋桨来提供的。
简介
发动机的排气装置是指涡轮或
加力燃烧室以后组织排气的构件。排气装置的组成和结构方案取决于发动机和飞机的类别及用途。排气装置包括尾喷管、
反推力装置、消音装置等。尾喷管是发动机必不可少的一个部件,其他的排气装置则是根据发动机和飞机的特殊需要而设置的。
尾喷管的功用主要是使涡轮后的燃气继续
膨胀,将燃气中剩余的热焓充分转变为动能,使燃气以高速从喷口喷出。
根据使用条件的不同,发动机尾喷管依通道形状可以分为收敛形和收敛扩散形两种类型,喷口面积可做成可调或不可调的。
不可调节的收敛形尾喷管
不可调节的收敛形尾喷管又称为固定喷口的亚声速喷管。其结构最简单,重量最轻,广泛应用于亚声速及低超声速飞机用的不带加力燃烧室的
涡喷发动机,以及涡轮后燃气的焓降较小的
涡桨发动机和
涡扇发动机。WP5甲,WP8,WJ6发动机和CFM56,PW4000,RB211,GE90等几乎所有的民用涡扇发动机都采用这种尾喷管。虽然当喷管的可用落压比大于临界落压比(1.85)时,燃气在收敛形尾喷管内不能完全膨胀,但是在飞行速度不大(Ma≤1.5)的情况下,燃气由于不完全膨胀而损失的能量较小,所以采用这种简单的收敛形尾喷管是合适的。
这种简单收敛形尾喷管由中介管和喷口两部分组成。中介管又称排气管,位于涡轮与喷口之间。它由外壳、整流锥和整流支板三部分组成。外壳与整流锥形成的气流通道是逐渐扩张的,可使气流速度降低,减少流动损失。外壳与整流锥的连接可借助整流支板或者承力支杆,在结构设计时应保证这些零构件热膨胀的自山。整流支板一般做成对称叶型,如果从涡轮排出的气流扭速度较大,则应做成有相应迎角的非对称叶型(其弦长靠整流锥处较长,靠外壳处较短,这是因为气流扭速在叶根处较大),以保证燃气轴向排出,减少推力损失。喷口是收敛形的薄壁锥筒,前缘与中介管相联接,应能拆卸。燃气在喷口的收敛通道内加速后排出,使发动机在整体上产生更大的推力。通常将喷口按不同出口直径分成若于组,在试车时选配,以调整发动机的推力达到规定的指标。
可调节的收敛形尾喷管
采用喷口可调节的尾喷管,能使发动机在各种工作状态都获得良好的性能。带
加力燃烧室的发动机必须采用可调节的尾喷管,保证在加力状态相应地加大喷口。有的发动机通过改变喷口面积来改变发动机的工作状态。
由于超声速喷管结构及操纵机构复杂、重量大和技术难度大,许多二代以前的高速歼击机(Ma≤2.0)的
涡喷发动机,仍采用喷口面积可调的收敛形尾喷管。
可调的收敛形喷管的类型主要有:多鱼鳞片式、双鱼鳞片式、移动尾锥体式和气动调节式。广泛采用多鱼鳞片式机械调节的收敛形尾喷管,可以是双位、多位,或无级调节的。
早期的发动机曾采用移动尾锥体的可调节收敛形尾喷管。它是靠机械传动特型面的尾锥体沿发动机轴线移动,从而改变喷口面积。这种尾喷管构造复杂、重量大,机械传动构件处在高温下工作不可靠,故已不采用。
还有一种气动调节的收敛形尾喷管。从压气机抽气引至喷口截面,调节这股气流的压力、流量,从而改变燃气流实际的流通面积,相当于调节了喷口大小。这种尾喷管构造简单、重量轻,可以无级调节,但由于抽取压气机的气体掺合进燃气,将造成较大的推力损失,且不易控制,因此也未得到广泛采用。
可调节的收敛扩散形尾喷管
超声速飞机用的发动机,燃气在尾喷管中的总膨胀比可达10~20以上,如果仍采用收敛形尾喷管,则燃气不完全膨胀所造成的推力损失将很大。据估计,当飞行速度Ma=1.5时,收敛形尾喷管造成的推力损失为10%;当Ma=3时,推力损失达到50%。因此,当飞行速度Ma>1.5时,为了保证燃气能充分膨胀,以减少推力损失,不论有无加力燃烧室,发动机都应采用收敛扩散形的可调节超声速尾喷管。
偏流式尾喷管
收敛形尾喷管和收敛扩散形尾喷管都属于直流式尾喷管,发动机一般都采用直流式尾喷管。还有一种偏流式尾喷管,它引导燃气斜向地往后排出,产生与发动机轴线呈一锐角的偏推力。偏推力可分解为水平方向的推力和垂直方向的升力。飞机起飞、着陆或爬高时使用偏流式尾喷管,可降低着陆速度,缩短滑跑距离,或增大爬高速度,飞机平飞时使用直流式尾喷管。