Vad är en efterbrännare och hur länge kan en jet flyga på efterbrännaren?

En efterbrännare är ett sekundärt förbränningssystem som bränner ytterligare bränsle nedströms förbränningskammaren för att ytterligare öka kraften på bekostnad av mycket högre bränsleförbrukning.

Detta är Pratt & Whitney F100 efterbränning av turbofan, varianter som driver USAF: s fjärde generationens flotta av F-15 och F-16:

Den sista snygga utseendet precis utanför turbinfenorna, plus alla rymdinsatser när turbinkärnan och avgasmunstycket är efterbrännaren. I detta område sprutas bränsle direkt i avgasströmmen från turbinkärnan, där värmen från luften som lämnar kärnan är tillräcklig för att antända den. Detta ytterligare tryck ökar kraften som produceras av turbinen.

Som sagt är dock avvägningen ökad bränsleförbrukning, ibland vanligtvis dramatiskt. F-16 vid full militär makt och låga höjder bränner cirka 8000 pund bränsle i timmen, vilket med en full droptank-konfiguration ger den cirka 2 timmars flygtid. Kryssning i högre höjder kan flygtiden förlängas ytterligare eftersom både högre höjd och lägre gasinställning (cirka 80%) minskar bränsleflödeshastigheten med upp till 40% jämfört med låg höjdflygning.

I full efterbrännare vid låga höjder kan F-16 brinna mer än 64 000 pund i timmen. Vid full gas har en amerikansk variant F-16 med maximalt externt bränsleförråd cirka 20 minuter tills den är på nödreserver (som bara skulle ta en extra minut eller så vid full efterbrännare). Hastighetsökningen är minimal; F-16 kryssar mellan 450-550 knop, medan full efterbrännare bara ökar det till cirka 700-800 knop med en typisk belastning för undervingen. Så när du bränner 8 gånger bränslet får du en hastighetsökning på 50%.

Kommentarer

• F-22 kan superkryssa på grund av ett antal av designfaktorer. De två stora är flygplanet ’ s interna vapenfack som gör det möjligt för flygplanet att vara uppdragsfärdigt utan dragproducerande hårda punkter för extern ammunition och ökar motorns kapacitet genom användning av variabel bypass (motorn kan växla från en låg-bypass-turbofläkt till en ren turbojet vid högre höjder och lufthastigheter där den rena strålen är effektivare). F-15 och F-16 kan superkryssa – knappt – i en ren konfiguration, men det skulle vara till liten nytta i strid eftersom det enda interna vapnet är Vulcan 20mm.
• Att använda efterbrännaren resulterar ofta i i motorn måste ut och byggas om! Ännu bättre än att bli skjuten!
• @Mark – Tja. att försöka överträffa en är en dåre ’ s ärende; AMRAAM flyger vid Mach 4.5 och även IR-missiler med kort räckvidd överstiger enkelt Mach 3. Där efterbrännare hjälper till att ge piloten tillräckligt med energi för en max-G-sväng i det kritiska ögonblicket till ” sväng ” missilen. Även då vann du ’ t vill ha hastigheten i sig (F-16 ’ s bästa svänghastighet är cirka 320 knop och dess minsta svängradien är vid ännu lägre hastighet), men drivkraften för att behålla din energi genom en svänghastighetsvarv.
• @IanRingrose – Är du säker? F-15Es och F-16s med mark-attack belastningar ganska mycket måste använda full efterbrännare för att komma i luften. Om motorn måste avlägsnas efter varje sortie som en maximal efterbränningsstart användes, skulle stridsberedskapen vara i toaletten.Jag kunde förstå att motorn behöver en översyn efter längre användning av efterbrännare som i en slagsmål, men om flygramen ’ har utsatts för max-G-svängar i en furball, finns det mycket mer på planet som måste avlägsnas.
• Vänta, vad? 50% är en liten ökning? Är det för att jag ’ är en fysiker, inte en pilot, som jag tycker att det är riktigt stort? (Naturligtvis finns det för en pilot en betydande icke-linjär nytta i området nära den maximala hastigheten för SAM och luft till luftmissiler, för att säga det i fysik termer) Som sagt, om ökningen är ungefär till kraften av 5, det är ganska mycket.

Genom att använda efterbrännaren injiceras bränsle i nedströms om turbinen. Utgångshastigheten blir högre -> Mer dragkraft.

Jämförelse av den genererade dragkraften i en F / A-18C Hornet:

• Maximal dragkraft utan efterbrännare 10440 daN (vardera 5 ”220 daN )
• Maximal dragkraft med efterbrännare 15,660 daN (vardera 7 ”830 daN)

(F / A-18C Hornet använder 2 General Electric F404-GE-402 turbofläktar)

Vissa flygplan behöver efterbrännaren för att nå överljudshastighet eftersom den ”normala” användningen av jetturbinen inte genererar tillräckligt med dragkraft. Användning av turbinen i ”normalt” läge (utan efterbrännare) kallas också ”militärmakt ”eller” torr ”. Att använda turbinen med efterbrännare kallas också” full effekt ”eller” våt ”.

Från denna wikipedia-artikel :

På grund av deras höga bränsleförbrukning n, efterbrännare används vanligtvis så lite som möjligt; ett anmärkningsvärt undantag är Pratt & Whitney J58-motorn som används i SR-71 Blackbird. Efterbrännare används vanligtvis bara när det är viktigt att ha så mycket drag som möjligt. Detta inkluderar under start från korta landningsbanor, assisterande katapultuppskjutningar från hangarfartyg och under luftstridssituationer.

Det stämmer att en stridsflygplan sällan engagerar efterbrännare eftersom det använder extrema mängder bränsle. Ibland upp till faktor 10 till normal bränsleförbrukning. Det är också därför de inte använder det hela tiden: Stridsstrålens räckvidd minskas drastiskt genom att använda efterbrännaren. .

Piloten kan använda efterbrännaren i olika steg för att hitta det perfekta förhållandet mellan bränsleförbrukning / hastighet / intervall ..

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

Kommentarer

• Jag var tvungen att slå upp vad en daN är. För alla andra som är förvirrade är ” da ” förkortningen för det metriska prefixet ” deca ” (även ” deka ”), vilket betyder en faktor 10. (Tack Wikipedia !) Så 1 daN är 10 N. 1 N (N är förkortningen för Newton) är den metriska kraftenheten som kommer att accelerera 1 kg massa vid 1 m / s ^ 2, förstås.

Det är möjligt att designa ett flygplan som kan kryssa i överljudshastigheter utan att använda efterbrännare (till exempel Concorde, det brittiska TSR-2 strejk- / spaningsflygplanet och Tu-144). Den aerodynamiska dragkraften är högre vid transoniska hastigheter än vid överljud, och användning av efterbrännare för att accelerera genom transonic hastighetsintervall kan faktiskt minska den totala bränsleförbränningen. Det var definitivt fallet för Concorde. Efterbrännarna användes också för att förkorta startrullen på Concorde.

De flesta jetfighters är inte konstruerade för ”effektiv supersonisk kryssning i rak linje med konstant hastighet”, så supersonisk flygning utan efterbrännare är inte huvuddesignen övervägande.

Kommentarer

• Det finns också den berömda SR-71 Blackbird som kryssar vid Mach 3 och snabbare … Efterbrännaren från 2 Pratt & Whitney J58-turbiner används mycket ofta och länge. Men detta flygplan är utformat för att fungera i höga höjder och i höga hastigheter (upp till Mach 3.36)
• ” De flesta jetfighters är inte konstruerade för effektiva supersonisk kryssning i rak linje med konstant hastighet, så supersonisk flygning utan efterbrännare är inte den viktigaste designhänsynen. ” Det var sant tills någonstans mellan generation 4.5 och 5 i fighter design. Supercruise är ett designkrav för de flesta av de senaste tävlingarna under de senaste tio åren, inklusive Raptor, Eurofighter, Rafale, PAK FA och Chengdu J-20, även när radarstealth inte är ett primärt krav.

Jag flög B-1B i 7 år. Jag har också haft flyg i F -15 och F-16. B-1 har fyra efterbrännare, men mycket mer gas än fightersna, så jag var sällan tvungen att hålla mig utanför brännaren på grund av bränsle. Det finns dock många anledningar till att minimera användningen av brännare:

1. Operativt gör AB dig mycket synlig för alla. På natten sätter du en strålkastare på dig själv. Dagtid kan alla på marken hör dig. IR-sensorer kommer att hitta dig snabbt och enkelt, och till och med lägre tech-IR-missiler föredrar din brännare framför fläckar.

2. Det extra 50% bortom milkraft är faktiskt väldigt mycket. När du använder brännare behöver du inte den länge. B-1 kunde accelerera i full AB från .8 till .95 mach på bara några sekunder. Operativt behöver du bara inte AB så mycket eller ofta. Om du försöker besegra en missil, kommer du först att använda överflödig hastighet för att sakta ner i kurvhastighet. B-1 kan upprätthålla kurvhastighet utan brännare sedan det är relativt lågt g. En fighter vid 7+ g kommer att behöva lite brännare för att upprätthålla energi, speciellt vid kurvhastighet, men eftersom den kan vända 90+ grader på bara några sekunder behöver den inte mycket eller någon brännare. Oavsett, i en tur för att besegra en radarmissil, eftersom IR-missiler upptäcker ”passivt”, vilket innebär att det finns liten eller ingen varning, kommer en pilot ofta att anta att det finns ”en värmesökande i luften när den vänder för att besegra en radarmissil och kommer att undvika brännare ändå.

3. Närliggande luftfart är en av de få gånger ett stridsflygplan behöver utökad brännare. I stridsstrid är energihantering mycket viktigt. Ingen vill vara i den förlorande änden. Kom för lågt på flyghastigheten, och din jet blir för långsam och du tappar, så stridsflygare kommer att använda vilken brännare de behöver för att hålla hotet från svansen och vinna kampen. Även i B-1, i fighteravlyssningsövningar, var det då vi brukade använda mer brännare. Vi tenderade att använda det för att snabbt påskynda för att komplicera stridsmanens avlyssning, och i vissa fall för att bugga med en fighter i svansen.

4. Den andra regimen där brännare använder är frekvent är start. Detta är statistiskt sett en av de farligaste faserna i flygningen och att nå flyghastighet minimerar snabbt risken. När jag flög tog B-1 alltid av i brännare – inte säker nu. Kämpar kan under vissa förhållanden start i milkraft, men jag har sällan sett det.

5. Användning av brännare i amerikanska jetstrålar TILLFÖLJER INTE VÄSENTLIGT I KRAVT UNDERHÅLL OCH SKADAR INTE MOTORERNA. Affischen som nämnde det kan ha sett något på MIG-25, som kommer att förstöra dess motorer i höghastighetsflyg. Förmodligen har andra sovjetiska krigare vissa underhållsproblem med användning av brännare, men amerikanska stridsflygplan är byggda för att använda brännare när det behövs utan att skada motorerna.

6. Höjd är en mycket viktig punkt, eftersom brännarens bränsleflöde minskar med höjden. I tunn luft finns det mindre syre tillgängligt för förbränning, så bränslekontrollerna måste justeras därefter. Som den tidigare affischen skrev skapar tunnare luft mindre drag vilket gör det lättare att gå snabbt. Men … som kommersiell pilot idag har jag flugit med många tidigare stridsflygare, och när vi pratar om det har få av oss spenderat tid över 40 000 fot. Det högre servicetaket är en trevlig stat för entreprenören säljteam, men det finns sällan en operativ anledning och många dåliga saker kan hända (som motorstopp och fysiologiska nödsituationer) uppe på 40-talet.

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

Bläddra ner dit några användbara grafer som kan ge dig en idé. AB ökar avgastemperaturen och möjliggör därmed en ökning av avgashastigheten. Med ställdonsskivteori betyder detta att flygkraften vid MAX kommer att vara närmare det statiska talet än i flygkraften vid MIL för en given hastighet. Det är därför en F-15 vid 40K ft bara kan flyga till M0,95 vid MIL men kan göra M2,5 vid MAX med bara en 63% ökning till statisk dragkraft.

Svaret är att det beror på din höjd. Mycket.

Till exempel tar jag en F -16 eftersom jag frågade detta till någon som identifierade sig själv som en tidigare F-16 besättningschef online: En F-16 som flyger med full militär dragkraft på havsnivå förbrukar ungefär lika mycket bränsle som full efterbrännare vid FL400 (40000ft). Vid F-16 servicetak på FL500 kommer full efterbrännare att använda en hel del mindre bränsle än militär dragkraft på havsnivå.

Så långt upp hög, full efterbrännare kan vara användbar även i 30 minuter om klättring görs effektivt och den stora mittlinje dropptanken användes. Så kan F-16 faktiskt nå Mach 2. Det kommer att ta en stund på efterbrännaren att accelerera så mycket.

Detta betyder också att full efterbrännare inte kommer att producera så mycket extra dragkraft, men eftersom luften är så tunn kommer det att ha en ganska betydande effekt i den verkliga flyghastigheten som uppnås.