之前知乎看到的一个提问：https://www.zhihu.com/question/63968833/answer/216879027
问题：F22战斗机发动机推重比10左右，只能以1.4马赫速度持续巡航。但庞大的协和客机其发动机推重比远不到10，却能以2马赫的速度巡航，这是怎么样的原理呢？

答：


      首先声明一下，我不是学航空的，可能在一些地方会出现一些小错误，请各位大神轻点喷。

[li]超音速巡航
[/li]

      其实现在所说的超音速巡航也是美国人的定义，巡航速度严格意义上讲是值效率最高（最省油）的速度。实际上所有的超音速巡航均达不到这个要求。
f-22所谓的超音速巡航实际上是指不开加力，像mig25/31,sr-71这类高速飞机发动机在设计过程中就是具备长时间开加力的能力，也就是说也可以做到长时间高速飞行，如果改一下定义具备长时间飞两倍音速以上叫超音速巡航，那么f-22就不行，而 mig25/31 , sr-71,协和就可以算。
       mig25/31大容量油箱+冷却可以做到全程加力，续航速度m2.35（如果加力全开可以3以上，但是会伤发动机），作战半径700km。加力耗油也会很高，在使用m0.8飞行时作战半径高达1450km。
       实际上不开加力完成超音速巡航并不是一个好事情。以协和式客机为例，完全可以做到不开加力完成超音速飞行，但是这样效率并不高，因为涡喷低速效率不高，使用加力可以大大缩短低速飞行的时间。还有就是跨音速段阻力增加，开启加力可以缩短处于高阻力飞行的时间，这样反而省油。因此协和式客机还是安装了加力燃烧室，用于起飞和跨音速段。

不同速度段的阻力系数

        在音速时（跨音速段）阻力系数最大，之后随着速度的增加阻力系数也会变小（注意是阻力系数而不是阻力）。也就是说在速度达到超音速之后，提升较大速度所需要的推力代价也没有那么大（但是突破音障瞬间最困难）。跨音速段需要最大的推力，也就是是很多战斗机不开加力不能完成超音速，但是使用加力完成跨音速之后就可以关闭加力。
        相比之下tu-144就有一些不一样了，使用的是涡扇发动机，这样低速段可以做到高效率。但是这是一个超音速客机，飞行时间大部分处于超音速状态，这段时间全程开加力，得益于苏联“祖传”不锈钢机体，巡航速度可以达到m2.35，比协和不知道高到哪里去了，但是代价就是腿短，无法发挥超音速客机在长距离节约时间的优势，而且价格高。


2.推力的产生：
由牛顿第二定律可以求出推力
A=F/m
v/t=f/m
f=v*m/t
其中v是喷气的速度，m/t是喷出气体的质量流量。

发动机功率计算
P=W/t=1/2*m/t*v^2
        我们可以发现推力是排气速度的一次方，而功率是速度的二次方，也就是说尽量降低排气速度可以提高能量的转换效率。不过降低排气速度也不是一个很好的办法，因为飞机的速度是不会超过排气速度（P=W/t=1/2*m/t*（v1-v2）^2  v1是发动机排气，v2是飞行速度，只有这样速度才是真正改变周围空气的速度），所以要达到高速飞行，排气速度不能低。


涵道比与推重比
       涡喷的推力全部是由高速排气产生，排气速度最快。


        涡扇就是在涡喷的基础上增加了一个风扇，使得一部分空气进入涡轮机，另一部分由风扇加速。也就是一部分推力由高速排气产生，另一部分由风扇产生。排气速度比涡喷慢，所以低速效率比涡喷高很多，但是最大速度比涡喷更低。其中流过风扇和流入涡轮机的空气质量比叫做涵道比，风扇越大涵道比越大。


        如果涵道比继续增大，那么推力基本上都是都是由风扇产生，排气推力可以忽略不计，那么就成了涡轴（当然随着风扇加大，转速也要降低，为了保证涡轮机达到足够的转速，通常输出轴会安装减速器），比如直升机发动机。不过在实际设计中并不是直接增加风扇那么简单，毕竟风扇大了之后会使得轴的力气不够，造成压气机无法正常工作，所以有时候还会增加几级涡轮用于获得更大的扭力。顺便说一下，现在很多军舰使用的发动机都是和战斗机相同的核心机，所以随着航空发动机的进步，对海军也有不少的提升。
        相比于复杂而笨重的涡轮机，外部风扇的重量可以低了太多，通过增大风扇的面积（涵道比）可以有效提高推力，而且重量的增加不会太大，也就是说相同的核心机，使用大涵道比可以获得更大的推重比。

F119-PW-100 推力105KN/156KN 自重1800kg   涵道比0.3   推重比6/8.8
F135-PW-100 推力125KN/190KN 自重1700kg   涵道比0.57  推重比7.5/11.4
其中F135与F119相同核心机，不过F135没有F119的矢量喷管而且加大了涵道比，提高了推力。
Mi-26直升机使用了两台D-136涡轴发动机，重量2100kg（1050kg*2），起飞重量高达56000kg，也就是推重比至少有27。



F-22与su-27的航程对比：
su-27空重16.4t，油箱9.4t，al-31f涵道比0.59,作战半径1500km。
f-22空重19.7t，油箱8.2t，f119涵道比0.3,作战半径850km（150km超音速，700km亚音速）。
        相比之下我们可以发现f-22确实是比较短腿。当然这个不光是发动机问题，气动外形的决定权也有很大的关系。f-22也是权衡后的结果，为了短距起飞低速性能也不能差，在平时飞行过程中也是亚音速为主（进入战场之前，空中加油转场）毕竟省油，而且高推重比发动机也可以获得更强的机动性。但是为了超音速巡航，涵道比也不能太大，所以最终选择了较小涵道比的涡扇发动机。当然这样也是有代价的，就是超音速和亚音速航程都不行（短腿），但是却是平衡比较好的结果，毕竟战斗机不像客机速度几乎不变，必须考虑各个速度段的效率。
      
        正是因为涵道比的不同使得不同速度段效率不同，所以六代机的变循环发动机最大特点就是可以调节涵道比，使得在不同速度下都有高效率，这样可以做到大航程和高速度。



       从推力角度来说，F119真不算强，甚至是二代机水平（mig-31的D30-F6），跟客机轰炸机的推力相比差距蛮大的（个头小了太多）。不过在推重比方面F-119确实高了太多（战斗机需要机动性，不能太重）。
F119                          105KN/156KN（加力）     重量1800kg
D30-F6                       93KN/152KN（加力）      重量2300kg
Olympus 593            139KN/169KN（加力）     重量3175kg
NK-32（最大军推）  137KN/245KN（加力）     重量3400kg
GE90（最大民推）    514KN                              重量8762kg


相比之下F-119体积小了很多，特别是直径。
大小对比               长度         直径
GE90                  728cm      310cm
NK32                  600cm      146cm
Olympus 593      404cm      121cm
F119                  516cm      120cm


3.阻力与速度



这是网上找到的图片，我们可以大致计算一下截面积。


       协和翼展25.6m，F-22翼展13.6m 飞行的最大速度就是推力=阻力时的速度。通过对比图可以发现协和式客机的截面积差不多是F-22的三倍，协和式客机的单位面积的推力已经达到了F-22的88%。而且协和式客机的气动外形是专门为了超音速飞行的，阻力系数非常低，涡喷在高速飞行时效率也远高于涡扇，也就是说实际上协和式客机达到阻力=推力的速度比F-22还要高。
       题主一直说到的推重比实际上与速度关系不大，推重比决定的是加速度而不是最大速度。决定最大速度的是阻力与推力。稍有常识的人都会知道，汽车的加速度比火车快多了，但是火车超过300km/h是轻轻松松，而汽车很难。虽然火车单位重量的功率远不及汽车，但是单位截面积的功率比汽车高多了，所以相比之下阻力也小了很多。

除了楼主说的上述推力、阻力、重力之间平衡性的影响以外，还有别的一些考虑。
比如，战斗机的用途是空中格斗，要求极好的空中机动能力，战时过载可能到10G也是有的，但是客机要是设计这么大的过载，先不说祖传不锈钢能不能扛得住，乘客起码没法像战斗机飞行员那样嗷嗷叫着去做落叶飘了。
战斗机的巡航速度除了保持最优的燃油效率以外，还要考虑机动响应、隐身等各方面突发情况，虽然和平年代不打仗，但是我们的战士作训时可是按照只要上天就是拼命的心态去的，要不然也不会有81192那种行为了，电影里那种三分钟心理旁白和告别亲人都是骗人的。至于隐身就更好理解了，战斗机开加力绝对可以甩客机好多个身位，但是开了加力的战斗机就是夜空里的大灯泡了，机身特别是机翼表面的激波波系也变了，带来的是机动灵活性狂降，所以打仗时如果需要开加力了，那么要么是快速追击要么是快速逃离了。
当前这个时期，咱们的战斗机受限于发动力不太给力，所以突出重点搞了矢量发动机，就是为了跑不掉的时候能够回马枪把对方干掉，所以，航展上那几个动作的威慑力在战略上应该比现在的20家族还要有时代意义。

高手！看不懂

滋磁一下

[quote=王大脸同学,8257]除了楼主说的上述推力、阻力、重力之间平衡性的影响以外，还有别的一些考虑。
比如，战斗机的用途是空中格斗，要求极好的空中机动能力，战时过载可能到10G也是有的，但是客机要是设计这么大的过载，先不说祖传不锈钢能不能扛得住，乘客起码没法像战斗机飞...[/quote] 就战斗机而言，目前空战都是超视距的时代了，矢量发动机估计除了躲避导弹也没什么用武之地了。

[quote=KevenLee,8403]就战斗机而言，目前空战都是超视距的时代了，矢量发动机估计除了躲避导弹也没什么用武之地了。[/quote]

对于躲导弹来说看的是能量+稳定盘旋（能量大于飞机才可以追得上并击落，高的稳定盘旋值可以让导弹在跟随飞机机动的过程中能快把能量消耗掉），而矢量发动机只能解决瞬间指向角度（也就是稳定盘旋率），从而扩大侧面方向导弹的不可逃逸区。


虽然一直在吹超视距打击，但是现在五代机都没有机动性很差的（最差的F35机动性都不低于四代机）。而且现在五代机在超音速阶段的稳盘率都非常高（这里不讨论F35）几乎是四代机的两倍，在高速+高过载之下，中距弹的攻击范围会大幅度缩短，最后还是会近距离格斗。

[quote=猎鹰,8405]对于躲导弹来说看的是能量+稳定盘旋（能量大于飞机才可以追得上并击落，高的稳定盘旋值可以让导弹在跟随飞机机动的过程中能快把能量消耗掉），而矢量发动机只能解决瞬间指向角度（也就是稳定盘旋率），从而扩大侧面方向导弹的不可逃逸区。


虽然一...[/quote] 随着战斗机技术的迭代，肯定不可能说新一代战机的平均技术低于前一代，所以新战机的机动性能肯定是稳中有升，不过近十年的战争基本都是实力非对称性的，在实战中，空对地和空对舰的实战需求反而大于空对空的需求，基本上对战斗机的需求都是快速突防或者隐身突防，打击目标后迅速撤离，甚至预警机全程参与。
发展矢量发动机也没错，只是不能过度依赖单机机动性，而是更应该注重联合作战能力。当然，近距离格斗不能说不会发生，毕竟连F35上都可以配装机炮