季鹤鸣

从乌贼鱼说起

乌贼又名墨斗鱼，遇到强敌即喷出墨汁而逃逸。乌贼外形奇特，在海里行动十分灵活。它的这种特殊本领得益于有一个柔性漏斗状的喷射器。这种喷射器的功用类同于本文所要介绍的喷管。不过，喷气发动机的喷管短且粗，通过的流量十分巨大。虽说外形上，两者难以找到相似点，但所起的作用一样。

喷管最基本的功能是把发动机中高温燃气的内能转变成动能，产生推力。早期喷管的结构很简单，是个锥形圆筒（图一）。那么，喷管是如何产生推力的呢？先介绍一下发动机的推力公式：

推力=出口动量－进口动量

由上式可以看出，推力即发动机进出口的动量差。而动量又可用发动机的质量流量与工质速度的乘积表示。因发动机燃烧室中加入燃油所引起的流量变化相对很少，也仅百分之二的量级，所以动量差主要是速度差。鉴于喷气发动机的推力主要取决于喷管出口的排气速度，故喷管又被称为推力喷管或推进器。

因为发动机喷管的通道截面积是逐渐缩小(收敛）的，所以流经气流的速度逐渐加快。对于一台发动机来说，喷口面积愈小，排气速度愈大，推力也愈大。但当喷口面积小到某个量值后，由于涡轮后温度的限定，推力不再增加。因为此时喷管出口截面的气流速度已达到音速；喷口处于临界状态，相当于自来水管上的龙头，起着节流的作用。对现代歼击机发动机来说，除了在中低转速工作的情况下，大都是在“节流”状态下工作的。……