喷气式发动机尾焰是等离子体吗

不同形态的火焰有区别吗，到底是气态还是等离子态？

一直以来，人们常以为火是气态的，上学的时候老师也是这么说的，但其实火的燃烧过程是一种剧烈的氧化反应，在原子分子的层面是发生了电子跃迁的，同时有能量辐射出来，很显然，它已经不是一种单纯的气态，通常认为火是等离子态，但是在我们常见的火焰中，它又不全是等离子态，而是气态和等离子态的混合物。

说起等离子态，可能很多朋友会认为和高科技产品有关系，因为总是听说什么等离子电视、等离子发动机等等，但其实等离子态在生活中也是随处可见的，比如闪电、高压电弧、霓虹灯、极光、电弧焊等。

虽然我们常说物体分为气体，液体，固体三种状态，但其实物体的状态有几十种，如果放眼全宇宙的话，其实我们常见的气体液体固体三种状态倒不常见了，而最常见的恰恰正是等离子态，因为基本所有的恒星都是等离子态，当然包括我们的太阳，其实就连很多行星的内部（包括地球）也属于等离子态，天文学家认为在整个宇宙中，等离子态物质占到了宇宙物质总量的99%之多。

等离子态指的是物质在原子分子层面共用部分电子的状态，通常是在某种化学或者物理条件下，原子的电子发生跃迁，导致其中带正电荷的原子与带负电荷的自由电子形成共存且平衡的状态，保持等离子态通常需要较高的温度，因为只有在高温之下，电子才有足够的动能脱离某个原子核的束缚而游离于众多原子之间。

物质要达到等离子态，一般需要上千摄氏度的温度，因为在高温下，电子才有更大机会获得足够的动能，从而脱离原子核的束缚。

我们都知道火焰的温度是很高的，其实不同的火焰的温度是不一样的，木材燃烧的温度通常在800到1000摄氏度，而气焊枪喷出的火焰温度常高达两三千摄氏度，不同的火焰的状态是不一样的，通常木材煤炭等燃烧的火焰都属于激发态的气体（氧气与高温可燃气体）和等离子态的混合物，但能量的释放一般都是等离子态火焰发出的，特别是火焰的中心，等离子态物质就很多，而上面、下面以及外围，就主要是气态了，不过没有气体的火焰是极少见了，一般就是温度越高的火焰等离子态物质越多，温度越低的火焰气体越多罢了。

请问战斗机飞行时后面为什么有两束火焰？是喷气造成的吗？那客机也是喷气式的为什么不冒火？

那是尾焰，在飞机启动加力燃烧时会很明显，平时是基本看不到的，要是在飞机后方到是可以看到喷管内的尾焰。

加力燃烧室是在加力发动机上向燃气或风扇后气流喷油点火燃烧以提高气流温度用以短期内增大发动机推力的部件。

其实就是在无加力发动机后面加了一段燃烧室，不过由于加力燃烧室内的空气已经烧过一次了，所以喷出的燃气处于富油状态，喷出尾喷管后又与空气混合，二次燃烧，形成明显的尾焰，同时由于燃烧室内的震荡波，尾焰形成规则的形状，当然这要在圆形尾喷管的条件下才会如此，这种情况下，尾焰会延伸很长，红外信号很明显，不利于战机隐身；如果像F-22那样的扁平尾喷管，那么尾焰就会很容易散掉，那么红外信号就不明显了。

还有一种情况是澳大利亚改造的F-111，它把放油口放在尾喷管中间，在放油时打开加力燃烧室，那么就会形成一条火舌，很壮观，是表演必看的项目，可以已退役。

战斗机的尾部一直在喷火，长时间飞行不会熔化吗？

在回答这个问题之前请大家回忆一下气割切割钢材的场景——当纯氧与乙炔两种气体被点燃后以火焰的形式从割炬的割嘴喷出，切割火焰的温度可达3000℃，割炬像“热刀切黄油”般对钢材进行切割。钢材尚且能被高温火焰切割，那么喷出火焰的割嘴为什么不会熔化掉呢？其实这个问题的性质与战斗机喷火的发动机为什么不会被熔化是一个样的，而且答案也基本相同，即使用耐热材料。

战斗机所使用的涡扇发动机所喷射的火焰温度在1400～2200℃之间，发动机进气处温度低些，处于这个位置的部件温度一般不超过1400℃，当发动机加力运行时燃烧室的温度可达到最高1750～2000℃。这就意味着工业中用于切割钢材的气割割嘴在承受3000℃的高温时尚不会熔化，战斗机喷出的区区2000℃的温度岂能熔化发动机？

▼下图为正在使用乙炔-氧气进行钢板切割的工人。

人类目前已知的耐热材料和掌握的耐热材料技术对高温的承受能力已经超过4000℃

截止目前，人类已知的超级耐热材料为铪（读hā），铪，金属Hf，原子序数72，原子量178.49，是一种带光泽的银灰色的过渡金属。金属铪的晶体结构有两种：在1300℃以下时，为六方密堆积（α-式），在1300℃以上时，为体心立方（β-式），α铪为六方密堆积变体(1750℃)，其转变温度比锆高。

纯铪金属的熔点为2227℃，沸点为4602℃，当铪金属与其它金属制成合金时熔点将会提高，比如Ta4HfC5（即五碳化四钽铪合金），其熔点高达4215℃。这样的合金哪怕是用火焰温度高达3000℃的气割来烧蚀也是无效的，假如战斗机的发动机采用铪合金来制造，那么就算是全程开加力也不会被烧到熔化。

其次是钨，纯金属钨的熔点为3430℃，沸点为5927℃；第三是铼，纯铼金属的熔点为3186℃，沸点5627℃；第四是锇，其熔点为3045℃，沸点为5300℃；第五是钽，纯钽的熔点为2990℃，沸点为5425℃。

这足以说明飞机发动机喷的火温度再高也不会发生“熔化”的事，毕竟除了能承受4000℃高温烧灼的铪金属以外还有诸多可在2990℃~3400℃的高温下保持不熔化的金属材料，可以应用到任何一种有耐高温需求的领域，包括战斗机的喷气式发动机。

战斗机喷气式发动机对耐高温材料的需求形式

战斗机会“喷火”的原因在于喷气式发动机工作时独特的工况，当燃油在发动机燃烧室内被喷油嘴以喷射的形式雾化以后形成高压油气混合物燃烧，高温高压的燃气再从喷口向外喷出，从而获得推力。

也就是说喷气式发动机受到高温工况影响的部位只有燃烧室和喷口，二两个部位的部件需要承受750℃～2000℃高温的影响，其中燃烧室内的涡轮盘是直接受燃烧的油气混合物烧蚀的部件，它需要承受1400℃～2000℃高温的考验。

以F-22隐身战斗机使用的F119型双转子小涵道比加力涡扇发动机为例：当飞机的飞行速度在0.9马赫以下时燃烧室的温度保持在950～1400℃之间；当飞机以1马赫以上的速度进行超音速巡航飞行时燃烧室温度将上升到1750℃，并且随着时间的推移，温度也呈线性上升。

当超音速巡航时间超过30分钟或者2马赫的速度飞行超过46秒时，燃烧室温度将会达到2000℃，如果这个时候还不减油门，那么发动机燃烧室的涡轮盘叶片将会被烧毁。可见战斗机的喷气式发动机中对耐高温材料的需求形式主要体现在燃烧室内涡轮盘的叶片上。

▼下图为耐高温材料制成的航空发动机叶片。

喷气式发动机燃烧室的叶片主要使用耐高温材料排名第三的铼

从上述中我们得知金属铼的熔点是低于铪和钨的，那么为什么非要用耐热排名第三的铼呢？

原因在于涡轮盘是一种在温度最高、应力最复杂、环境恶劣的条件下，要承受超过700℃以上的高温以及大约1000千克的离心拉伸应力，每个叶片承受的作用力相当于一辆F1赛车的产生的马力，是工况条件最为恶劣的航空发动机零件。而铪、钨两种金属以及与之相关的化合物虽然耐高温性能好，但是它们的延展性太好，高压之下极易变形，抗屈服性能很差，不符合喷气式发动机燃烧室的工况要求。

而传统的涡轮盘叶片（泛指第一代到第三代）材质为铁镍基合金，比如美国普惠公司研发的PWA1480型、英国罗·罗公司的CMSX-4型以及我国的DD6型合金叶片。第四代～第五代涡轮盘叶片则采用镍基铼合金材料制造的单晶空心叶片，耐热性能分别提高30℃和60℃。

比如我国用于装备歼-20隐身战斗机的“太行-15”涡扇发动机涡轮盘叶片就使用了型号为DD9的镍基铼合金，耐热极限突破了1940℃，歼-20得以基本实现超音速巡航飞行能力。

▼下图为正在进行开加力实验的国产“太行-15”涡扇发动机。

综上所述我们可以得到这样的结论：战斗机一直在喷火的原因是喷气式发动机燃烧室在燃烧油气混合物时喷射出来的火焰，而制造发动机受热部件的材料为耐热的合金，所以不会熔化。

一直以来耐热材料的耐热性能都是制约喷气式发动机发挥性能的主要因素，先进的飞机发动机的研发核心技术本质上是耐热材料的研发，如果说喷气式发动机是“工业皇冠”，那么制造喷气式发动机的材料就是皇冠上的明珠。虽说人类掌握的耐热材料能承受4000℃的高温，但是这些材料难以应用到航空发动机的制造上，待人类技术突破这些制约时，估计距离征服星辰大海也就不远了。

喷气发动机尾焰温度有多高？应该很高，用什么材质才不会熔化？？

发动机温度最高的地方不是尾焰那部分，而是燃烧室和涡轮盘，却切说是驱动高压压气机的涡轮盘紧挨着燃烧室的后边。问题不仅仅是高温还有高压。

为了抗住极高的温度，不仅仅是材料上要考虑，更重要的一点是用冷空气来进行局部降温。也就是说在燃烧室中燃烧的火焰不挨到内壁，而用冷空气作为一个隔离层，冷空气来源于压气机中引出一部分的高压冷气。

涡轮叶片也是有很多开口的，如果仔细观察能在涡轮叶片前缘发现很多微小的孔，也是用冷空气来隔离热。各个腔室的外围利用外函道的空气冷却。

扩展资料：

冲压发动机本身没有活动的部分，气流从前端进气口进入发动机之后，利用涵道截面积的变化，让高速气流降低，并且提高气体压力。压缩过后的气体进入燃烧室，与燃料混合之后燃烧。

由于冲压发动机维持运作的一个重要条件就是高速气流源源不绝的从前方进入，因此发动机无法在低速或者是静止下继续运作，只能在一定的速度以上才可以产生推力。

为了让冲压发动机加速到适合的工作速度，必须有其他的辅助动力系统自静止或者是低速下提高飞行速度，然后才点燃冲压发动机。

由于没有活动组件，冲压发动机与一般喷气发动机比较起来，重量较低，结构也比较简单，不过冲压发动机在低速时的气体压缩效果有限，因此低速时效率比较差。

参考资料来源：百度百科-喷气发动机

喷气式战斗机喷出的不同焰色，这会对发动机的效能产生影响吗？

喷气式发动机在加力时往往会在身后拉出一条长长尾焰，不同的战斗机其尾焰的颜色有很多变化，能够影响颜色的因素有很多，与之关系最深的应该是尾焰的温度，换种说法就是，发动机加力时，尾焰温度高低变化，让火焰的颜色呈现出光谱中不同的颜色。

而网上比较常见的说法是，俄罗斯的战斗机如果开了加力，那么你就会看到蓝色的火焰，而欧美战斗机在打开加力后，火焰颜色则是红色和黄色的，其实这种说法不够严谨，因为F22开加力的状态下，尾焰的颜色是蓝色的。回到一开始所说的，温度决定了发动机的颜色变化，不同的温度也就对应了不同颜色的发动机尾焰，一般来说颜色越偏向蓝色，尾焰的温度越高，而颜色越偏向红色，尾焰的温度也就越低，一般来说燃料的燃烧状况会直接影响尾焰的温度变化。

因为需要源源不断的吸入大量空气，如果发动机不能吸入足够空气，燃料就无法充分燃烧，发动机推力会大幅损失，其尾焰颜色会呈现出黄色，且火焰形状不稳定，那是因为因为大量的燃料都在发动机喷口附近才开始与空气混合燃烧。

而在进气量充足的情况下，燃料和空气充分燃烧的情况下，发动机尾焰的温度也就越高，形状会更加稳定，且尾焰会呈现出一种明亮的蓝色。除了空气和燃料的混合比，发动机喷口处的焰色反应、不同的航空燃料、环境的背景亮度以及不同的观察角度，也都会对发动机尾焰产生一定影响。