Hvad er en efterbrænder, og hvor længe kan en jetfly flyve på efterbrænderen?

En efterbrænder er et sekundært forbrændingssystem, der forbrænder ekstra brændstof nedstrøms for forbrændingskammeret for yderligere at øge fremdriften på bekostning af meget højere brændstofforbrug.

Dette er Pratt & Whitney F100 efterbrænding af turbofan, hvoraf varianter driver USAFs 4. generations flåde af F-15s og F-16s:

Den sidste talte udseende ting lige ud over vindmøller, plus al pladsbet ween turbinekernen og udstødningsdysen er efterbrænderen. I dette område sprøjtes brændstof direkte ind i udstødningsstrømmen fra turbinkernen, hvor varmen fra luften, der forlader kernen, er nok til at antænde den. Dette yderligere tryk føjer til fremdriften fra turbinen.

Som sagt er afvejningen dog øget brændstofforbrug, undertiden normalt dramatisk. F-16 ved fuld militærstyrke og lave højder forbrænder omkring 8000 pund brændstof i timen, hvilket med en fuldtankekonfiguration giver den cirka 2 timers flyvetid. Krydstogter i højere højder kan flyvetiden forlænges yderligere, da højere højde og lavere gasindstilling (ca. 80%) reducerer brændstofflowhastigheden med op til 40% i forhold til flyvning i lav højde.

I fuld efterbrænder ved lave højder kan F-16 brænde ud over 64.000 pund i timen. Ved fuld gas har en amerikansk variant F-16 med maksimalt eksternt brændstoflager cirka 20 minutter, indtil den er på nødreserver (som kun varer et ekstra minut eller deromkring ved fuld efterbrænder). Hastighedsforøgelsen er minimal; F-16 krydser mellem 450-550 knob, mens fuld efterbrænder kun øger det til omkring 700-800 knob med en typisk underwing-belastning. Så når du brænder otte gange brændstoffet, får du omkring 50% hastighedsforøgelse.

Kommentarer

• F-22 kan superkrydse på grund af et tal af designfaktorer. De to store er flyrammen ‘ s interne våbenbåse, der gør det muligt for flyet at være missionsklar uden trækproducerende hardpunkter til ekstern ammunition og øgninger i motorens ydeevnehylster ved brug af variabel bypass (motoren kan skifte fra en low-bypass turbofan til en ren turbojet i højere højder og lufthastigheder, hvor den rene jet er mere effektiv). F-15 og F-16 kan superkrydse – næppe – i en ren konfiguration, men det ville være til ringe brug i kamp, da det eneste interne våben er Vulcan 20mm.
• Også brug af efterbrænderen resulterer ofte i motoren skal tages ud og genopbygges! Stadig bedre end at blive skudt ned!
• @Mark – Nå. at forsøge at løbe ud er en fjols ‘ s ærinde; AMRAAM flyver ved Mach 4.5, og selv IR-missiler med kort rækkevidde overstiger let Mach 3. Hvor efterbrændere hjælper med at give piloten nok energi til en maks-G-drejning i det kritiske øjeblik til ” drej ” missilet. Selv da vandt du ‘ t vil have hastigheden i sig selv (F-16 ‘ s bedste svinghastighed er omkring 320 knob og dens mindste drejningsradius er ved endnu lavere hastighed), men fremdriften for at opretholde din energi gennem et hjørne-lufthastighedsdrej.
• @IanRingrose – Er du sikker? F-15Eer og F-16er med belastning på jordangreb er stort set nødt til at bruge fuld efterbrænder for at komme i luften. Hvis motoren skulle fjernes efter hver sortie, hvor der blev brugt en maksimal efterbrænderstart, ville kampberedskabstallene være på toilettet.Jeg kunne forstå, at motoren har brug for eftersyn efter udvidet brug af efterbrænder som i en hundekamp, men hvis flyrammen ‘ er blevet udsat for max-G drejninger i en furball, er der meget mere om det fly, der skal fjernes.
• Vent, hvad? 50% er en lille stigning? Er det fordi jeg ‘ er en fysiker, ikke en pilot, at jeg finder det virkelig stort? (Selvfølgelig er der for en pilot en betydelig ikke-linearitet af anvendelighed i området tæt på den maksimale hastighed for SAM og luft til luftmissiler, for at sige det i fysiske termer) Når det er sagt, hvis stigningen er omtrent til magten af 5, det er ret meget.

Ved at bruge efterbrænderen injiceres brændstof i nedstrøms for turbinen. Udgangshastighed bliver højere -> Mere stød.

Sammenligning af den genererede stak i en F / A-18C Hornet:

• Maksimal stød uden efterbrænder 10.440 daN (hver 5 “220 daN )
• Maksimal tryk med efterbrænder 15.660 daN (hver 7 “830 daN)

(F / A-18C Hornet bruger 2 General Electric F404-GE-402 turbofans)

Nogle fly har brug for efterbrænderen for at nå supersonisk hastighed, fordi den “normale” brug af jetturbinen ikke genererer tilstrækkelig kraft. Brug af turbinen i “normal” tilstand (uden efterbrænder) kaldes også “militær magt “eller” tør “. Brug af turbinen med efterbrænder kaldes også” fuld effekt “eller” våd “.

Fra denne wikipedia-artikel :

På grund af deres høje brændstofforbrug n, efterbrændere bruges normalt så lidt som muligt; en bemærkelsesværdig undtagelse er Pratt & Whitney J58-motoren, der anvendes i SR-71 Blackbird. Efterbrændere bruges normalt kun, når det er vigtigt at have så meget tryk som muligt. Dette inkluderer under start fra korte landingsbaner, assistering af katapultstart fra hangarskibe og under luftkampsituationer.

Det er rigtigt, at en kampfly sjældent engagerer efterbrænder, fordi den bruger ekstreme mængder brændstof. Nogle gange op til faktor 10 til den normale brændstofanvendelse. Det er også derfor, de ikke bruger det hele tiden: Fighter-jetens rækkevidde reduceres drastisk ved at bruge efterbrænderen .

Piloten kan bruge efterbrænderen i forskellige faser til at finde det perfekte forhold mellem brændstofforbrug / hastighed / rækkevidde ..

Kilde (på engelsk): http://www.lw.admin.ch/internet/luftwaffe/en/home/dokumentation/assets/aircraft/fa18.html

Kommentarer

• Jeg måtte slå op hvad en daN er. For alle andre, der er forvirrede, er ” da ” forkortelsen for det metriske præfiks ” deca ” (også ” deka “), hvilket betyder en faktor 10. (Tak Wikipedia !) Så 1 daN er 10 N. 1 N (N er forkortelsen for Newton) er den metriske kraftenhed, der vil accelerere en 1 kg masse ved 1 m / s ^ 2, selvfølgelig.

Det er muligt at designe et fly der kan krydse med supersoniske hastigheder uden brug af efterbrændere (for eksempel Concorde, det britiske TSR-2 strejke / rekognosceringsfly og Tu-144). Den aerodynamiske trækstyrke er højere ved transoniske hastigheder, end når den er lydløs, og brug af efterbrændere til at accelerere gennem transonic hastighedsområdet qucker kan faktisk reducere den samlede brændstofforbrænding. Det var bestemt tilfældet for Concorde. Efterbrænderne blev også brugt til at forkorte startrullen på Concorde.

De fleste jetfighters er ikke designet til “effektiv supersonisk krydstogt i en lige linje med konstant hastighed”, så supersonisk flyvning uden efterbrændere er ikke hoveddesignet overvejelse.

Kommentarer

• Der er også den berømte SR-71 Blackbird, der sejler på Mach 3 og hurtigere … Efterbrænderen fra 2 Pratt & Whitney J58-møller bruges meget ofte og lange. Men dette fly er designet til at operere i høje højder og ved høje hastigheder (op til Mach 3.36)
• ” De fleste jetfighters er ikke designet til effektiv supersonisk cruising i en lige linje med konstant hastighed, så supersonisk flyvning uden efterbrændere er ikke det vigtigste designovervejelse. ” Det var sandt indtil et sted mellem generation 4.5 og 5 i fighter design. Supercruise er et designkrav for de fleste af de banebrydende krigere i de sidste ti år, inklusive Raptor, Eurofighter, Rafale, PAK FA og Chengdu J-20, selv når radarstealth ikke er et primært krav.

Jeg fløj B-1B i 7 år. Jeg har også haft fly i F -15s og F-16s. B-1 har 4 efterbrændere, men meget mere gas end krigerne, så jeg var sjældent nødt til at holde mig ude af brænderen på grund af brændstof. Der er dog mange grunde til at minimere brugen af brænder:

1. Operativt gør AB dig meget synlig for alle. Om natten sætter du en rampelys på dig selv. Dagtid kan alle på jorden hører dig. IR-sensorer finder dig hurtigt og nemt, og endnu lavere tech-IR-missiler foretrækker din brænder frem for blusser.

2. Denne ekstra 50% ud over milekraft er faktisk forfærdeligt meget. Når du bruger brænder, har du ikke brug for det længe. B-1 kunne accelerere i fuld AB fra .8 til .95 mach på bare et par sekunder. Operativt behøver du bare ikke AB så meget eller ofte. Hvis du prøver at besejre et missil, vil du først bruge overskydende lufthastighed for at bremse til svinghastighed. B-1 kan opretholde svinghastighed uden brænder siden det er relativt lavt g. En fighter ved 7+ g har brug for en brænder for at opretholde energi, især ved svinghastighed, men da den kan dreje 90+ grader på få sekunder, behøver den ikke meget eller nogen brænder. Uanset om det er en tur til at besejre en radarmissil, da IR-missiler opdager “passivt”, hvilket betyder, at der er ringe eller ingen advarsel, vil en pilot ofte antage, at der er “en varmesøger i luften, når han drejer for at besejre en radarmissil og vil alligevel undgå brænder.

3. Luft i nærheden af luftkampe er en af de få gange, et kampfly har brug for udvidet brænder. I kampkamp er energistyring meget vigtig. Ingen ønsker at være i den tabende ende. Bliv for lav med flyhastighed, og din jet bliver for langsom, og du taber, så jagerpiloter vil bruge den brænder, de har brug for, for at holde truslen fra halen og vinde kampen. Også i B-1 i fighter-aflytningsøvelser var det da vi havde tendens til at bruge mere brænder. Vi plejede at bruge det til hurtigt at accelerere for at komplicere fighterens aflytning og i nogle tilfælde for at bugge ud med en fighter i halen.

4. Det andet regime, hvor brænder bruger er hyppigt er start. Dette er statistisk set en af de farligste faser af flyvningen, og det at nå flyvende lufthastighed minimerer hurtigt faren. Når jeg fløj, startede B-1 altid i brænder – ikke sikker på det nu. Krigere kan under visse forhold start i milkraft, men jeg har sjældent set det.

5. Brug af brænder i amerikanske jetfly FULDTILFØRER IKKE VÆSENTLIGT TIL NØDVENDIGT VEDLIGEHOLD OG SKADER IKKE MOTORERNE. Plakaten, der nævnte, kunne have set noget på MIG-25, som vil ødelægge dens motorer i højhastighedsflyvning. Formentlig har andre sovjetiske krigere nogle vedligeholdelsesproblemer med brug af brænder, men amerikanske kampfly er bygget til at ansætte brænder når det er nødvendigt uden at beskadige motorer.

6. Højde er et meget vigtigt punkt, da brænderens brændstofflow reduceres med højden. I tynd luft er der mindre ilt til rådighed til forbrænding, så brændstofstyringen skal justeres i overensstemmelse hermed. Som den forrige plakat skrev, skaber tyndere luft mindre træk, hvilket gør det lettere at gå hurtigt. Men … som en kommercielpilot i dag har jeg fløjet med mange tidligere kamppiloter, og når vi kommer til at tale om det, har kun få af os brugt tid over 40.000 fod. Det højere serviceloft er en god stat for entreprenøren. salgsteam, men der er sjældent en operationel årsag, og der kan ske mange dårlige ting (som motorstop og fysiologiske nødsituationer) op i 40erne.

https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88117main_H-1449.pdf

Rul ned der er nogle nyttige grafer, der kan give dig en idé. AB øger udstødningstemperaturen og muliggør således en forøgelse af udstødningshastigheden. Ved aktuatordiskteori betyder dette, at flyvekraften ved MAX vil være tættere på det statiske tal end i flyvekraften ved MIL for en given hastighed. Derfor kan en F-15 ved 40K ft kun flyve til M0,95 ved MIL, men kan gøre M2,5 ved MAX med kun en stigning på 63% til statisk stød.

Svaret er, at det afhænger af din højde. Meget.

For eksempel vil jeg tage en F -16 siden jeg spurgte dette til nogen, der identificerede sig selv som en tidligere F-16 besætningschef online: En F-16, der flyver med fuldt militært tryk ved havoverfladen, forbruger omtrent lige så meget brændstof som fuld efterbrænder ved FL400 (40000ft). Ved F-16 serviceloftet på FL500 bruger fuld efterbrænder en hel del mindre brændstof end militært tryk på havets overflade.

Så langt op i høj, fuld efterbrænder kan muligvis bruges i endda 30 minutter, hvis klatring udføres effektivt, og den store centerline-tank blev brugt. Sådan kan F-16 faktisk nå Mach 2. Det tager et stykke tid på efterbrænderen at accelerere så meget.

Dette betyder også, at fuld efterbrænder ikke producerer så meget ekstra tryk, men da luften er så tynd, vil den have en ret betydelig effekt i den opnåede virkelige lufthastighed.