心脏的神秘之航空发动机尾喷管的进化史（二）在很大程度上，喷管的形状决定着它的性能，所以喷管设计的基本问题，是如何用具有最小重量和最小热交换的喷管来获得最大推力。在一般的设计过程中，工程师往往会先选定发动机的设计工作参数来设计用于特定马赫数和压力比的喷管，由于飞机的飞行包线越来越广，发动机的工况的变化范围也随之越来越大，这就要求喷管还应能够在较大的非设计高度和马赫数范围内工作；同时，作为一个工业产品，喷口又应尽可能设计的加工简单、成本低。综合以上的这些设计要求，喷管虽然看似简单，设计起来可不是轻而易举的事情。众所周知，任何的气动元件都会导致气体的流动损失。喷管的流动损失主要来自两个方面。首先是流动过程的损失，包括附面层和非设计工况的影响，虽然两者在喷管中往往需要复杂的微分方程来描述，但我们可以用一个很形象的例子来感受一下附面层的影响：拿一根长细管，努力吹气，感觉一下吹气的阻力；然后把吸管剪断一半再吹气，会发现阻力明显小了很多。而非设计工况分为过度膨胀与不完全膨胀，其中前者可以理解成整个喷管需要额外获得能量完成气体的膨胀过程，而后者可以理解为气体的能量并没有完全释放给飞机。由于牵扯太多的理论推导，关于这部分的内容本文不再详述，有兴趣的读着可以查阅有关气体动力学的书籍。喷管与常规的气动管道最大的不同在于其中流动的是高温气体，而这个高温气体不同于汽轮机中的高温蒸汽亦或者斯特林发动机里的热空气，而是通过燃烧得来的燃气，这就使得导致航空燃气轮机的喷管效率下降的诸多因素中，有一个我们常常忽视的因素——化学平衡。在燃烧室中，高温使大量燃烧产物离解成原子和自由基。例如，在碳氢化合物-氧的燃烧产物中，包含有氢原子、氧原子、羟基和一氧化碳，所有这些成分都与主要燃烧产物——水和二氧化碳处于化学平衡状态。离解过程所耗费的能量是靠降低气体温度而得到的。当气体流过喷管时，静温柔静压都有所下降。温度的下降使原子和自由基又复合成稳定的分子，而压力的降低则阻碍这过程的进行。由于温度的下降起主要作用，所以最终还是要出现某些复合过程，使部分离解能又重新回到气流中去。这样，比起化学组分固定不变的完全“冻结”的流动来，这种有化学反应的气体流动可以使发动机获得较高的性能。在这个意义下，假设在在喷管的任何部位的当地温度和压力下，气体的组分总是保持局部化学平衡，在各点都处于化学平衡时，才称作“平衡流动”。因此平衡...
