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米格29为什么老喷黑烟?

2016-11-17 13:02| 发布者: cfso5068| 查看: 3356| 评论: 0|来自: 空军世界

摘要:   在珠海航展上,俄罗斯勇士与雨燕表演队的苏-27、米格-29战斗机进行了精彩的混合编队表演,无奈米格-29在表演中再次喷出了滚滚浓烟,这是为什么呢?。
  在珠海航展上,俄罗斯勇士与雨燕表演队的苏-27、米格-29战斗机进行了精彩的混合编队表演。无奈这米格-29在表演中再次喷出了滚滚浓烟,身旁的苏-27却没有明显的喷烟痕迹(下图)。
米格29为什么老喷黑烟?严重影响歼31、枭龙实战
  在互联网上,许多文章提及这与米格-29使用的RD33涡扇发动机直接相关。准确的说,这一喷烟现象,实际上与RD33、RD93涡扇发动机家族的固有内部结构有直接关系。
  以RD33(RD93是它的改进型,用于枭龙、歼31、米格-29改进型等等)为例,它固有的短环形燃烧室、离心式喷嘴,产生了这一喷烟问题。首先要强调,这一问题与使用的燃油没有关联。使用离心式喷嘴部件的发动机,结构简单,易于制造,喷嘴内的油料在离心力作用下高速旋转分离,成细滴状喷出,有着燃烧包线宽,喷油雾化理想的优点,较为适合恶劣工作条件。
  下图是冒烟的中国歼31战斗机。RD33发动机这一问题,会导致战斗机更为容易暴露在敌方视线之中,因此对歼31、枭龙可能的实战应用会产生不利影响。
 米格29为什么老喷黑烟?严重影响歼31、枭龙实战
  但是,这一结构的发动机,例如RD33涡扇发动机在低速飞行时,必须以富油状态启动,这样发动机转速才能控制在合理范围内。短环形燃烧室在这一状态时,会将温度设置在较高的范围。同时这一发动机的燃烧室喷嘴排出的油滴很细,在低速、低压的情况下难以高速运动,因此大量油滴会过度集中在喷嘴周边,加上高温环境,产生了燃烧积炭较多的问题。这时RD33发动机就出现了喷烟的现象。一旦速度增加,燃烧室内的油滴飞行速度也会增加,压力上升,燃烧状况改善,积炭、喷烟通常就会减轻甚至消失。
  米格29为什么老喷黑烟?严重影响歼31、枭龙实战
  那么为什么苏-27战斗机的AL-31F发动机很少出现喷烟现象呢?这是因为它使用的是射流式喷嘴,而不是离心式喷嘴。这里还要特别指出,一些中文报道中描绘的AL-31F使用离心式喷嘴的描述,是错误的。我们会在下文分析两者的优缺点。
  实际上RD33这一设计在苏联当年的技术水平、作战环境、作战指导思想体系中有着独特的地位,那就是离心式喷嘴在不利的恶劣条件下,可以更有力的保证发动机工作正常。此在设计、制造、维护能力有限的年代,这一设计更为现实、可靠。但是特定环境下的喷烟问题则长期无法得到解决,还有着与环形燃烧室不易匹配、温度不均匀等问题。
  可以说离心工作原理的燃烧室喷嘴都有这一问题,比较普遍的出现在老式喷气式发动机上,例如美国KC-135/波音707、B-47、B-52等大型飞机的部分发动机上。后来这些飞机有一部分更换了新型喷气发动机,特别是使用气吹喷嘴工作原理的发动机,喷烟现象锐减。其实美军F-4战斗机早期的发动机也经常浓烟滚滚,甚至在越战中导致太易于被越南对手发现,但在后期获得了解决。
  此外,使用老式发动机的美军轰炸机(例如B-47、早期的B-52)有时会使用喷水方式增强发动机推力,此时发动机喷烟极为壮观,就像最近前往叙利亚作战的俄罗斯库兹涅佐夫号航母一样浓烟滚滚,这并不是我们这一文章里讨论的现象,要注意区分辨别。
  应当承认,RD33这一设计已经较为陈旧。在1970年代,美俄均开始研制更为出色的先进燃烧室喷嘴技术,主要是满足当时新型战斗机对飞行、火力、发动机推力综合一体化控制技术的要求。为了满足相关精确控制的要求,比离心式喷嘴更为先进的射流式喷嘴成为了主流,因为射流式喷嘴只需要通过数字电气手段控制供油压力等参数,即可实现精确控制。而离心式喷嘴要实现这一精确能力,则需要在机械设计制造方面付出巨大的代价,办法是有的,只是在射流式喷嘴普及之后,并不值得花费巨大的人力物力去深化发展离心式喷嘴。必须强调,RD33家族的部分改进型号,已经具备了“低烟”改进设计,在实际应用中可以降低喷烟的发生或者强度。
  
  在典型的美国第三代战斗机涡扇发动机上,例如F-15、F-16战斗机使用的F110涡扇发动机家族,装有10对配套的双锥喷嘴、涡流杯,通过气动手段令喷出的油滴深入雾化,因此这种发动机并没有RD33的喷烟问题。
  射流式喷油嘴不容易出现喷烟现象的主要原因,是在低速状态时,仍能保证燃料喷出后的雾化油珠有着足够的动量,因此不会聚集在较小范围内导致燃烧不充分。这样喷烟、积碳现象就较少出现。射流式喷嘴还有更多的优点,例如燃烧室出口温度均匀、燃烧稳定、供油压力控制机构简单等等。
  如前所述,枭龙战斗机、歼31战斗机也有着相关的问题,因为它们都使用了RD93发动机。上一届珠海航展上,歼31就出现了喷烟现象。总而言之,离心式喷嘴的上述问题,来自于自身独特的技术特点,但并不涉及燃烧不充分、燃油质量不好的问题。一些最新型战斗机发动机,包括西方新型战斗机的发动机在燃烧不充分时确实也会出现喷烟现象,这与RD33喷烟的独特问题并不相关。

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