Tại sao đuôi của một số máy bay chiến đấu lại ‘thở’ ra lửa?

Lực lượng không quân của một quốc gia không chỉ là những tổ chức hoạt động tốt mà còn được tiếp thị tốt. Đầu tiên, không thiếu những bộ phim có cảnh quay gay cấn liên quan đến những chiếc máy bay cực mạnh. Sau đó còn có các buổi trình diễn và triển lãm hàng không được tài trợ bởi các cơ quan quản lý. Những sự kiện như vậy nhằm mục đích giáo dục người dân và củng cố niềm tin của họ vào lực lượng vũ trang. Một hình ảnh khiến tôi không ngừng tò mò là chiếc đuôi phun lửa của một số máy bay chiến đấu. Tại sao đuôi của một số máy bay chiến đấu lại phát sáng màu cam?

Tại sao đuôi của một số máy bay chiến đấu lại ‘thở’ ra lửa?

Ánh sáng màu cam nhìn thấy ở phần đuôi của một số máy bay chiến đấu là do bộ đốt sau (Afterburners) sinh ra. Bộ đốt sau là thiết bị đốt thêm nhiên liệu trong khí thải của động cơ phản lực của máy bay. Điều này tạo ra lực đẩy bổ sung cần thiết để máy bay đạt tốc độ siêu âm.

Máy bay được đẩy nhờ lực đẩy do động cơ phản lực tạo ra. Để máy bay có thể nhanh chóng thay đổi độ cao hoặc đạt tốc độ siêu âm, chỉ riêng lực đẩy này thôi là chưa đủ. Về mặt lý thuyết, động cơ lớn hơn bình thường có thể khắc phục được vấn đề này. Nhưng trên thực tế, động cơ lớn hơn có nghĩa là trọng lượng cũng sẽ lớn hơn, ít tinh giản hơn do diện tích quạt lớn hơn và mức tiêu thụ nhiên liệu lớn hơn.

Và lúc này, giải pháp chính là cố gắng tạo ra lực đẩy bổ sung từ động cơ hiện có.

Để làm được điều này, động cơ được trang bị bộ đốt sau để cung cấp thêm lực đẩy mà không làm tăng đáng kể hình dáng của động cơ. Trước khi đi sâu vào hoạt động của bộ đốt sau, chúng ta cần phải hiểu được hoạt động của động cơ phản lực và cách lắp đặt bộ đốt sau.

Máy bay chủ yếu dựa vào động cơ phản lực để tạo ra lực đẩy. Một động cơ máy bay sẽ hoạt động bao gồm bốn giai đoạn. Lúc đầu, một chiếc quạt sẽ hút không khí vào động cơ. Không khí được tăng tốc và chia thành hai phần. Một phần không khí được tăng tốc này đi vòng qua lõi động cơ thông qua một ống dẫn. Nó có nhiệm vụ giữ cho động cơ mát và giảm tiếng ồn trong quá trình vận hành.

Phần không khí còn lại đi vào lõi động cơ, nơi máy nén nén không khí này tới 40 lần, khiến nó cực kỳ đậm đặc. Sau đó nó được đẩy vào buồng đốt, tại đây nó được trộn với nhiên liệu và bốc cháy.

Kết quả của việc đánh lửa là một luồng không khí rất nóng, năng lượng cao đẩy vào các bộ phận của động cơ. Nó đẩy ra khỏi buồng đốt, di chuyển tua bin trên đường thoát ra ngoài. Tua bin này được kết nối với quạt và máy nén, chuyển động của tua bin duy trì hoạt động của động cơ. Khi khí thải thoát ra khỏi tua bin, nó sẽ hòa trộn với luồng không khí đi qua và đi vào vòi xả.

Nó tạo ra lực đẩy để đẩy máy bay về phía trước. Động cơ có nhiều cấu hình khác nhau, chẳng hạn như động cơ phản lực, động cơ phản lực cánh quạt, động cơ phản lực cánh quạt và động cơ trục phản lực. Máy bay được thiết kế cho các chuyến bay siêu thanh được trang bị động cơ ramjet và scramjet, hoàn toàn không có các bộ phận chuyển động, chẳng hạn như máy nén, quạt và tua-bin.

Bộ đốt sau, đúng như tên gọi, được lắp ở cuối ống xả của động cơ máy bay. Nó là một phần mở rộng, được trang bị các vòi phun và một nắp đậy để phân chia thêm dòng khí thải đi vào nó. Trong khi một phần của dòng khí thải bị đốt cháy trong buồng đốt, dòng còn lại được chuyển hướng để làm mát khi thoát ra khỏi bộ đốt sau.

Afterburner hoạt động như thế nào?

Động cơ phản lực thường được lập trình để chạy tinh gọn, tức là có nhiều không khí trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu dễ cháy hơn mức cần thiết. Điều này có nghĩa là lượng oxy chưa sử dụng có sẵn nhiều hơn trong khí thải thoát ra từ vòi của động cơ. Khí thải nóng này đi vào bộ đốt sau, tại đây một phần của nó được phun nhiên liệu và bốc cháy.

Điều này được gọi là đốt sau hoặc hâm nóng. Kết quả là nhiệt độ và thể tích khí thải thoát ra từ bộ đốt sau tăng mạnh. Phần khí thải còn lại của động cơ được dẫn qua một nắp dọc theo thành của bộ đốt sau. Giống như động cơ, luồng khí này được trộn với ống xả đốt sau để giữ cho động cơ hoạt động êm ái và mát mẻ. Ở một số động cơ có thể rất nóng, không khí trong lành sẽ được đưa trực tiếp từ máy nén thay vì khí thải của động cơ.

Bộ đốt sau được trang bị một vòi phun có độ mở thay đổi được, có thể mở rộng hoặc co lại để phù hợp với lượng khí thải bổ sung. Điều này ngăn không cho khí bị đẩy ngược dòng vào động cơ chính, nơi chúng có thể cản trở hoạt động bình thường của động cơ.

Hạn chế của bộ đốt sau

Mặc dù đốt sau là một cách tuyệt vời để đạt được tốc độ cao hơn nhiều so với ý tưởng ban đầu nhưng chúng có một số hạn chế về thiết kế.

Đầu tiên, nhiệt độ trong buồng đốt của bộ đốt sau có thể lên tới 1.700 ° C. Điều này hạn chế đáng kể loại vật liệu có thể được sử dụng trong cấu trúc của nó, đồng thời làm giảm tuổi thọ của nó.

Một đặc điểm không mong muốn khác của buồng đốt sau là ngọn lửa giống như đèn hàn của khí thải nóng phát ra từ vòi phun. Dấu hiệu nhiệt mạnh làm giảm chỉ số tàng hình của máy bay, khiến nó dễ bị kẻ thù tấn công.

Bộ đốt sau cũng nổi tiếng với việc tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Do đó, phi công cũng chỉ sử dụng bộ đốt sau trong các tình huống cụ thể, chẳng hạn như bay vào phạm vi siêu âm, giành lợi thế chiến đấu hoặc bay lên nhanh.