涡扇发动机有两个空气通道,中心的那个叫做内涵道,外面的叫做外涵道。发动机在运转时,外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比。
涵道比越大越省油,经济性越好,高涵道比的发动机在低于音速(亚音速)时有非常好的能效,通常用于客机、运输机等。
罗尔斯·罗伊斯生产的瑞达1000发动机,用在波音787梦幻客机上。瑞达系列发动机,叶片高速运转时,会产生90吨的离心力,相当于每个叶片吊着13辆双层公共汽车。这样的发动机很昂贵,价格是同等重量的白银的好几倍。
虽然涡扇发动机的耗油低、噪音小,但是,高涵道比(比值目前大都在8以上)的涡扇发动机比较适合用在亚音速的客机上,战斗机如果使用,那么在超音速时,这样的巨大风扇无疑将带来致命的阻力。
瑞达1000发动机
因此,战斗机一般都采用低涵道比(比值小于1)的涡扇发动机,以此带来更小的阻力和更大的推力,可就算这样,要想实现超音速飞行,也不是一件容易的事,为了得到更高的推力,就必须进一步提高燃烧室的温度,然而,由于材料的限制,涡轮一般很难承受这样的高温。
怎么办呢?这就得靠“加力燃烧室”来解决了。加力燃烧室位于涡轮的后方,因为那里没有旋转的部件,所以可以承受更高的温度。
当发动机开启加力时,推力瞬间可提高1.5倍左右,这样大的推力一般用在战斗机在航母上起飞、突破音障作超音速飞行、或者是正与敌机缠斗等情况下使用。
开启加力虽然能快速提高推力,但是,因为加力燃烧室里面的空气是已经被前面的燃烧室使用过一遍的,里面的含氧量不高,在这种情况下注入燃料进行燃烧,效率很低,耗油量非常巨大,一般战斗机在加力全开下,大多数不到十分钟就会耗尽所有油料。
图为加力燃烧室间歇性燃烧的动画示意图
真正的超音速巡航
鉴于很多战机的超音速巡航是在开启加力的情况下得到的,所以,这样的巡航不是真正意义上的超音速巡航,只能说,战机可以超音速飞行。
本文仅讨论战机,不说客机。那么目前,真正意义上具备超音速巡航的现役战机有哪些呢?鉴于国内的战机,尤其是还在试验中的战机,其性能基本靠猜,依靠一些专家或者貌似专家的推测,大家猜来猜去也实在是没办法,因为官方很少给数据,也不会给数据,所以咱们先不说国内的情况。
别的先不说,我们先来了解一下F-35战斗机。据洛克希德-马丁公司副总裁证实,F-35战斗机不是一款能超巡的飞机,不过,其在打开加力,突破音障,到达1.2倍音速后,接着关闭加力,这样能维持1.2音速下冲刺241千米。