喷水就能更有劲儿？带你认识飞机发动机“嗑药”加力的原理

飞机发动机怕进水吗？你要说不怕吧，那里面烧着火呢，水火不容。但是你要说怕吧，咱这飞机也不能下雨天就不飞。

为了保证下雨天，飞机不至于趴窝，就必须保证飞机在很大的雨天，或者在有积水的跑道上冲过去，发动机不能熄火。

于是，适航规章就要求，飞机的发动机要想取得适航证，要想装上飞机，就必须要做吞水试验。吞多少呢？吞少了没意思，吞多了噎的慌。规章规定，这个水量，要相当于发动机进气量的4%。

举个例子，空客新的看家大宝贝，空客A350，它单台发动机推力45吨，每秒钟吸入空气，1440公斤。掐指一算，它发动机做试验，每秒钟就要吞58公斤水，也就是每分钟3.5吨。

是不是很吓人？你想想这得是多大的雨。要不咋说航空制造业烧钱呢，你要没钱，水费你都心疼。

如今，虽然说飞机发动机能吞水，不怕水，但是一点水不进，那还是最好的。

但是，往前推个几十年，那可是另一番天地。设计师会专门往发动机里面喷水，干嘛用的呢？和喷油一样，为了让发动机更有劲儿。是不是听着像开玩笑？

飞机发动机很简单，核心就三个部分，压气机、燃烧室和涡轮。

压气机来压缩空气，让空气压力升高，变得更稠，单位体积内含氧量更高。

燃烧室，让航空煤油和空气在里面燃烧，把化学能转化为空气的内能，产生高温的空气。

这些高温高压的空气，从屁股那向后喷出来，产生向前的反作用力，也就是推力。同时，它流过涡轮，推着涡轮转起来，空气的内能转化为机械能。

这些机械能很有用，脏活累活都能干，能推着压气机转，能用来给飞机发电，还能用来给飞机的液压系统提供能量，很多很多。

刚才说那很长一段话，你听着是不是有点啰嗦？确实，不够简练。它的工作过程，其实可以简化成下面这张图，大名鼎鼎的布雷顿循环。

从1到2是压气机绝热压缩，2到3是燃烧室等压加热，3到4是涡轮绝热膨胀，最后转一圈回来，4到1等压冷却。

是不是很简练？如果没看懂别紧张，我就是装个B，后面讲的东西跟这玩意儿关系不大。

刚才说这个过程，很漂亮，很完美。但是呢，太理想了。

发动机的实际工作，和这差着劲呢。比如从3到4这一步，你说它是绝热膨胀，但是哪那么容易就绝热啊？那几百上千度，肯定会有热量排出去的。

最终，发动机的实际循环，就只能尽量往这个图靠，永远不会重合。是不是有哲学内味儿了？

那发动机喷水加力是咋回事呢？喷在哪？为什么能加力？咱从头开始看，在压气机压缩这一步，我们的最终目的是让空气尽可能变稠，尽量把空气压缩到更小的体积。

但是呢，空气这玩意儿也有脾气，你压它，它就上火，一上火，温度就升高。温度一升高，就想膨胀。这一膨胀不当紧，空气就变稀了，就和我们的最终目的相矛盾了。是不是很难受？

那咋整？你想，这一切的根本原因，是空气它上火了，温度升高了。那我想办法把它的温度降下来一点，不就好了吗？比如，往压气机喷点水，水的比热容很大，很小的质量就能吸收很多热量。再一蒸发，那吸热效果更是顶呱呱。

最终，进入到燃烧室的空气浓度就会更大，就能和更多的煤油燃烧。于是，发动机就更有劲儿，能明白吧。

再往后，到了燃烧室和涡轮，这两个地方很关键。咱们常说飞机发动机难造，很大一个原因就难在材料上。因为我们设计发动机，都想尽量提高涡轮前面的空气温度，为啥呢？因为发动机理想循环的效率是这么算的。

你看，这一上公式，村头大爷都能看明白了。很显然，T3越大，效率就越高。而T3，就是涡轮前的温度。

上百年来，人们在增大T3这件事上，费了老鼻子劲。甚至可以说，人类发动机的发展史，就是T3的变大史。

首先，制造涡轮叶片用的材料，一步步变的皮糙肉厚，越来越耐高温。从最开始的高温不锈钢，到后面的高温合金，再到单晶合金，再到陶瓷基复合材料。

材料的这些更新迭代，你看着是挺快，但这可是上百年的发展成果，实际是很慢的。要不咋说材料专业是天坑呢，你花一辈子研究一种新材料，还不一定能研究出来，研究出来了在未来三五十年可能还没啥用。那不坑你坑谁呢？

你看做互联网软件开发的，人家那APP每周都更新。虽然不知道更新了啥，但是这一推送，就感觉很有工作量。

除了材料，还有结构设计，在加工上整点花活。比如，我把涡轮叶片想办法做成空心的，在里面弄很多很多小孔，然后从小孔往外通气。流动的空气在叶片表面形成一层气膜，保护它不会被烧坏。

除了通气，还可以搞点隔热涂层，涂在叶片上。这个话题就更专业了，我太菜，不敢多说。

如今，新材料加上一些旁门左道，人类已经把涡轮前的温度搞到快2000度了。

但是，几十年前，人们可没这本事。材料不行，也没有能力去给叶片搞那些奇奇怪怪的小孔，更没有什么热障涂层。

但是我在飞机的起飞以及格斗，这些需要大推力的阶段，又需要加大油门，让发动机多喷油。但是喷油太多，涡轮叶片面临的温度zer一下就上去了，扛不住咋办？

最终，就想出了最朴素的办法，往燃烧室或者涡轮叶片喷水。一喷水，滋啦一下，蒸发吸热，防止叶片被烧坏。

而且喷水还有个好处，因为水在里面蒸发之后，就变成气体了，从屁股那以很高的速度排出去，基本就等于增大了发动机的排气量，最终也增大了发动机推力。

话说到这，你虎躯一阵，说唉呀这东西，不就是发动机界的印度那什么油嘛！或者说是兴奋剂，机子没劲儿了，喷点儿就来劲了。

说得非常对，给发动机喷水是能增加推力，但它的本质还是嗑药。嗑药就容易有副作用，尤其是搞多了。

在压气机那儿喷太多，会降低空气里面的氧气浓度。因为我们压缩空气，想让空气变稠，根本原因是想让氧气变稠，去参与燃烧。如果你加水加太多，导致空气里面水蒸气占比太大，那含氧量肯定要下降，最后反而得不偿失。

在燃烧室喷太多，就燃烧不充分，就会冒黑烟。那黑烟是啥，就是没有烧干净的碳，都是能量，搁谁谁不心疼。而且你发动机冒着黑烟上天，邻居也会笑话你。

另外，喷水还有个坏处，就是水滴打在高速旋转的叶片上，可能会把叶片撞伤。

药不能当饭吃，所以喷水也代替不了喷油。临时加个力还可以，不能用多了，不能用的太频繁。否则量变引起质变，就像苏轼的名言：樯橹灰飞烟灭。

现在通过喷水来加力的发动机，不多了。但是往前倒个四五十年，喷水加力是很普遍的做法。二战期间的军用飞机，经常往发动机里面喷水。虽然喷水可能会影响发动机的寿命，但是都这时候了，就别考虑机器的寿命了。你不喷水，那影响的可是人的寿命。

当年美国著名的B52轰炸机，装8台发动机，就配了个大水箱，能装将近5吨水。在推力不够的时候滋一下，效果很好。

除了军用飞机，客机也很普遍。波音早期的飞机，波音707和747，带的都有水箱。像747最早的型号，747-100和747-200，就配了两个水箱，每个水箱都能装一吨多的水。

这些水，还不是普通的自来水，都是纯净水。而且一般都会在里面加一些甲醇了啥的，其中的原因，不难理解。防冻嘛，不然天上零下几十度呢，结冰就麻烦了。而且甲醇它本身还能燃烧，喷进去了也是燃料。

但是，在这有必要提醒一下，哪天你自己造发动机，如果想往发动机里面喷水，可千万不能把水和甲醇的混合液喷在压气机那。

为啥呢？因为飞机上的好多用气系统，都是从压气机这引的气，比如发动机叶片冷却通的那些气。另外，飞机上的一个用气大户，飞机空调，它的气源也来自压气机。这飞机空调是给飞机上的人供氧气的，你要是整点甲醇喷进去，那人过一会儿不就醉了吗？

你说那没事，我这飞机是卖给俄罗斯的，坐飞机还能免费喝酒，说不定能多卖几架。这么说也没毛病，但是要记得把甲醇换成乙醇，甲醇有毒，再把毛子哥喝死了。

最后介绍一个空难，很冷门很蹊跷，和发动机喷水加力有关，但并不是喷水太多把发动机喷熄火了。

那是1971年，可能你还没出生。一架英国产的客机，BAC111，从德国起飞。起飞之后，飞机装的两台斯贝发动机，同时瓦特了。最后飞机迫降，机上121个人，死了22个。

事故的原因，很可笑。斯贝发动机有喷水系统，但是，本来应该装水的水箱，被人搞错了，里面装成了油。

这就刺激了，飞机起飞阶段，本来发动机功率就大，燃烧室温度就高，飞行员想着喷点水降温呢，结果滋出来的是油。火上浇油，这谁能扛得住。最终起飞没一会儿，发动机就挂掉了。

地勤要被挂路灯。

我阳了，很难受。虽然体温不是很高，但是连续三四天每天都烧一阵，还挺难受。喉咙贼拉疼，这玩意比普通流感劲儿大多了。

最后祝大家，晚点阳，阳了赶紧好，过个好年。

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