【簡介：】不論是渦噴發(fā)動機(jī)還是渦扇發(fā)動機(jī)，其做功最終都得依靠噴管。噴管最基本的功能就是把發(fā)動機(jī)中高溫高壓燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，產(chǎn)生推力。航空渦輪發(fā)動機(jī)的推力主要取決于噴管出口

不論是渦噴發(fā)動機(jī)還是渦扇發(fā)動機(jī)，其做功最終都得依靠噴管。噴管最基本的功能就是把發(fā)動機(jī)中高溫高壓燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，產(chǎn)生推力。航空渦輪發(fā)動機(jī)的推力主要取決于噴管出口的排氣速度，所以噴管又被稱為推力噴管或者推進(jìn)器，也有的文獻(xiàn)把它叫做尾噴口。

因為噴管的通道截面積是逐漸縮小（收斂）的，所以流經(jīng)氣流的速度逐漸加快。對于一臺發(fā)動機(jī)來說，噴口面積越小，排氣速度越大，推力也越大。但是當(dāng)噴口面積小到某一個量值時，由于渦輪后溫度的限制，推力不再增加。因為此時噴管出口截面的氣流速度已經(jīng)達(dá)到音速，噴口處于臨界狀態(tài)，相當(dāng)于自來水龍頭，起到節(jié)流的作用。

從20世紀(jì)50年代中期起，戰(zhàn)斗機(jī)上的渦輪發(fā)動機(jī)都安裝了加力燃燒室。它使得氣流溫度驟然增加幾百到上千攝氏度，發(fā)動機(jī)的容積流量因此大大增加。這樣一來，出口面積固定和簡單收斂的噴管就無法滿足發(fā)動機(jī)的工作需要了。為了保證發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)不變，加力工作時必須加大節(jié)流面積（50％～170％）。這樣就必須把噴口出口面積設(shè)計成可調(diào)的。可調(diào)收斂噴管不僅是開加力的需要，它還帶來另一個好處：能改變發(fā)動機(jī)的流量特性和起動特性。這一點對于現(xiàn)代多級高增壓比軸流式壓氣機(jī)是非常重要的，因為可以借助噴口面積的改變來改善和擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，也就是喘振裕度。目前錐形收斂可調(diào)噴管的收斂一般由連桿機(jī)構(gòu)操縱，也被形象地稱為魚鱗式可調(diào)噴管。

加力發(fā)動機(jī)使飛機(jī)進(jìn)入了超音速時代。由于超音速飛行產(chǎn)生的靜壓作用，使得發(fā)動機(jī)排氣壓力增加，導(dǎo)致噴管的落壓比（排氣流在噴口截面的壓力與環(huán)境壓力之比）也隨之增加，達(dá)到15～20，甚至更高。這時噴口的排氣流是在極度欠膨脹的情況下工作的，以至于推力損失高達(dá)百分之幾十！為了回收這部分推力，人們在主噴管的出口處加了一個外套管或者叫做引射罩，這就是引射噴管。它使發(fā)動機(jī)在原來主噴管收縮端即節(jié)流截面的后方新增加了一個引射器的出口截面。這樣，主氣流在離開發(fā)動機(jī)之前，又引進(jìn)了一股或多股新的流量，致使總的排氣量增加。而且，這種結(jié)構(gòu)的噴管允許氣流進(jìn)一步膨脹，進(jìn)一步增大了排氣速度，使發(fā)動機(jī)的推力加大。

引射噴管雖然能使飛機(jī)超音速飛行時的推力增加，但是由于引射罩與主噴管之間有一個環(huán)形空間，會在低速或亞音速飛行時引起氣流分離，從而造成所謂的底阻 。這種底部阻力抵消了發(fā)動機(jī)的一部分推力，為此經(jīng)過改進(jìn)，收擴(kuò)式噴管應(yīng)運(yùn)而生。它使噴管流道先縮小再擴(kuò)大，允許氣流在喉道處達(dá)到音速后進(jìn)一步加速為超音速氣流。由于它在收縮段末段截面（喉道）和擴(kuò)張段出口截面（噴口）都可調(diào)，因此既具有良好的亞跨音速性能又有極佳的超音速性能。目前各國正在服役的第三代戰(zhàn)斗機(jī)上普遍采用的就是收擴(kuò)式噴管。

現(xiàn)代高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭對噴管提出了更高的要求，這就是不僅提供推力，還能借助推力改變飛機(jī)的飛行方向，于是推力矢量噴管應(yīng)運(yùn)而生。目前比較成熟的方案有三類：第一類是空心球鉸或球關(guān)節(jié)，是在原來主噴管前加裝一個球形鉸，并通過它來實施推力轉(zhuǎn)向。俄羅斯雅克-141的發(fā)動機(jī)和美國F-35上的F-110- GE-129發(fā)動機(jī)采用的都是這類方案，由于可以使推力發(fā)生90°以上的變化，故該方案適用于垂直起降飛機(jī)。第二類是空間復(fù)式連桿機(jī)構(gòu)，是在軸對稱噴管的擴(kuò)張段借助一個名叫轉(zhuǎn)向環(huán)的零件實施轉(zhuǎn)向。典型例子有俄羅斯蘇-37的AL-31-FU發(fā)動機(jī)，它可以使飛機(jī)不依賴氣動控制面而在三個方向上進(jìn)行機(jī)動，故也稱為三元噴管。第三類是以美國F-22的F119為代表的二元噴管，不僅具有僅次于三元噴管的良好機(jī)動性，還使飛機(jī)具有隱身能力和超音速巡航能力，在技術(shù)上也比三元噴管簡單。

發(fā)動機(jī)推力主要是高溫、高壓、高速氣體排出噴管而產(chǎn)生的反作用力，排氣溫度高達(dá)2000K以上，流速能達(dá)到甚至超過音速。在這樣的高溫、高壓、高速氣流沖刷下，要求噴管轉(zhuǎn)動靈活，沒有卡澀，密封性好，不漏氣（否則熱氣流就會燒蝕飛機(jī)尾部），還要減輕重量并能精確控制截面積、形狀和角度，所以，推力矢量噴管的研制是一個極大的技術(shù)難題。但是，裝有推力矢量噴管的發(fā)動機(jī)具有以過失速能力和短距起降能力為代表的超機(jī)動能力，無論是高速還是低速甚至零速度都有良好的飛行操縱品質(zhì)，是新一代戰(zhàn)斗機(jī)的必備功能，也是現(xiàn)役第三代戰(zhàn)斗機(jī)的改進(jìn)方向，所以，它已經(jīng)成為了各航空大國關(guān)注中的焦點。我國航空工程師目前也在從事這方面的技術(shù)研究工作。