【簡(jiǎn)介：】先說(shuō)結(jié)論：在高空，由于氧氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)為了維持正常的推力，需要增大單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量來(lái)保證；可能有人要說(shuō)，這不廢話嗎？的確是廢話，但本文的價(jià)值，在于揭示飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在高空下是

先說(shuō)結(jié)論：在高空，由于氧氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)為了維持正常的推力，需要增大單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)氣量來(lái)保證；可能有人要說(shuō)，這不廢話嗎？的確是廢話，但本文的價(jià)值，在于揭示飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在高空下是如何工作來(lái)保證進(jìn)氣量的。辦法有兩個(gè)，一個(gè)是增大壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速，讓空氣增壓比升高；另一個(gè)是飛機(jī)本身飛的要快。

由于空氣的稀薄程隨高度變化，而且是非線性的，在17公里出有一個(gè)拐點(diǎn)，過(guò)了這個(gè)拐點(diǎn)，空氣密度將隨高度的增加而劇烈變小。所以在高空狀態(tài)下，飛機(jī)要想盡辦法來(lái)增加進(jìn)氣量，不然就死定了。

空氣壓強(qiáng)隨高度的變化曲線，可見(jiàn)當(dāng)飛機(jī)在17高度時(shí)，此時(shí)的空氣壓強(qiáng)只有地面的1/10

我們就以使用最普遍的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)明，飛機(jī)在高空如何保證推力滿足要求。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是：風(fēng)扇-低壓壓氣機(jī)-高壓壓氣機(jī)-燃燒室-高壓渦輪-低壓渦輪-加力燃燒室的結(jié)構(gòu)。任何空氣來(lái)流，都要線先在進(jìn)氣口減速、預(yù)壓縮，然后通過(guò)流經(jīng)進(jìn)氣道，由渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇吸入，并經(jīng)過(guò)低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)對(duì)空氣逐漸增壓，最終才會(huì)送到燃燒室進(jìn)行燃燒，在這個(gè)過(guò)程中，稀薄的空氣在近似絕熱的條件下被逐漸壓縮成高壓空氣。

以F414-GE-400為例，說(shuō)明航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

比如F-15配備的F100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，增壓比可達(dá)28.5：1，也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)高壓壓氣機(jī)后的壓縮空氣總壓將達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓的的28.5倍；F-16配備的F110發(fā)動(dòng)機(jī)更是可達(dá)到29.9-30.4：1；而民用的GE90X大涵道比甚至達(dá)到了十分變態(tài)的61：1！能夠給空氣增壓到如此高的程度，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)可以說(shuō)功不可沒(méi)，壓氣機(jī)也承擔(dān)了十分惡劣的工況。也正因如此，高壓壓氣機(jī)也是除了發(fā)動(dòng)機(jī)熱端以外第二難設(shè)計(jì)的部件。

那么壓氣機(jī)工作，本身也要有動(dòng)力來(lái)源，它的動(dòng)力來(lái)源是哪里呢？其實(shí)是靠后端燃?xì)鉁u輪的傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的。一般來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)設(shè)置兩級(jí)渦輪，分別是高壓渦輪和低壓渦輪。低壓渦輪和低壓壓氣機(jī)以及風(fēng)扇通過(guò)傳動(dòng)軸連接，高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪通過(guò)另一根獨(dú)立的傳動(dòng)軸傳動(dòng)。這樣，壓氣機(jī)可以自由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)扇和渦輪都各自工作在最佳狀態(tài)，滿足各種狀態(tài)下的進(jìn)氣要求，以及避免喘振事故的發(fā)生。

兩級(jí)傳動(dòng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，分別用綠色和紫色代表兩個(gè)傳動(dòng)組

除此之外，飛機(jī)在高空必須滿足一定的最小速度，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常循環(huán)，而這個(gè)最小速度要比飛機(jī)在低空時(shí)的失速速度要大的多了。在20公里以上的高空，一般至少要達(dá)到1倍多音速的速度才行。為啥呢？其實(shí)這也是為了發(fā)動(dòng)機(jī)的保證進(jìn)氣量足夠。因?yàn)閱挝粫r(shí)間進(jìn)氣量=截面積X空氣相對(duì)流動(dòng)速度X空氣密度，高空空氣稀薄，因此空氣密度??；只有達(dá)到一定速度時(shí)，空氣的流量才能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)最起碼的工作循環(huán)要求，否則推力不足，甚至可能導(dǎo)致熄火。而截面積是沒(méi)法改變的，所以只能改變空氣相對(duì)流動(dòng)速度，也就是自己要飛的快一些。

如下圖是AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)的推力曲線圖。橫坐標(biāo)代表飛行馬赫數(shù)，縱坐標(biāo)代表推力，每條曲線都代表一個(gè)高度下測(cè)到的推力?？梢钥吹?，在0高度時(shí)，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度允許是0，而隨著高度增加，曲線的最小速度也就隨之增加，在20km高度時(shí)，速度不能小于1.4馬赫。而在每一種高度下，隨著飛行馬赫數(shù)增加，推力也隨之增加。這也說(shuō)明飛機(jī)速度越快，單位時(shí)間進(jìn)氣量越大，也就越能夠產(chǎn)生更高推力。所以一般高空飛機(jī)我們都叫高空高速飛機(jī)，只有飛得夠快，才有能產(chǎn)生足夠的推力維持升力平衡。有人說(shuō)飛的快那阻力不也大嗎？確實(shí)，當(dāng)飛機(jī)飛到一定速度時(shí)，阻力和推力就達(dá)到了平衡，就再也無(wú)法提速了，所以飛機(jī)都是有極限速度的。但是由于高空空氣稀薄，反而讓飛機(jī)的飛行阻力變低，所以一般飛機(jī)的極限速度都是在一定高度下的高空飛出來(lái)的。（當(dāng)然了，不可能無(wú)限高，不然發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)法工作）。

AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)推力曲線

只有像U-2這種特殊設(shè)計(jì)的，用超大展弦比和超大機(jī)翼面積的飛機(jī)才敢在高空飛低速。而像民用客機(jī)波音777，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)推力巨大，無(wú)奈它太重了，而且那個(gè)夸張的大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)阻力也較大，飛不了高速，所以升限也就只有10000多米。

低速飛機(jī)能飛到25公里以上的也就U-2了

適合飛高空高速的戰(zhàn)斗機(jī)，其實(shí)長(zhǎng)這樣

雖然有歷史上有少數(shù)飛機(jī)可以達(dá)到20公里以上高度的升限，比如U-2，SR-71，殲-8等，但是實(shí)際上高空高速現(xiàn)在意義已經(jīng)不大了，目前大多數(shù)的飛機(jī)實(shí)用升限都小于20公里。