飞机加速时发动机喷口如何变化

飞机加速时，发动机喷口变化复杂。地面起飞时，喷口先缩小后扩大，以从慢车状态进入工作状态，并适应加热量增加。空中巡航加速则直接扩大，以匹配更高的总温和推力需求。此变化由气体动力学公式决定，喷口面积需与总温和流量匹配，以实现最佳性能。

大部分客机、运输机之类用的大涵道比涡扇发动机的喷管面积一般是不可调的，所以我想题主问的应该是喷管面积可调的战斗机(及某些轰炸机、客机，没错说的就是那几个超声速的大家伙)。首先给出答案，当战斗机在地面起飞时，飞行员推油门加速，发动机喷口是先缩小后扩大；当在空中巡航时，飞行员推油门加速，发动机喷口是直接扩大。

如果玩过皇牌空战等游戏，战斗机起飞时菊花先缩一下再扩应该是很熟悉的场景了，这个图里的应该是先加油门后减油门，从慢车到加力再回到慢车，慢车到加力菊花是先缩再扩，加力回到慢车则反过来，还是先缩再扩(lll￢ω￢)

要明白这些，首先看个气体动力学公式(我也想不写公式，可是脱离这个公式，说半天大家该晕乎还是晕乎，而这个用公式是如此简单有力，比说啥话都好使。。。)：

q_m=KAdfrac{p_t}{sqrt{T_{t}}}q(Ma)

其中qm是通过一个截面的质量流量(kg/s)；K是一个只跟气体组分有关的物性参数；A是截面面积；pt是总压，衡量气体总能量中能转化为机械能的占多少；Tt是总温，衡量单位质量气流所具有的总能量，喷油越多、加热量越大、总温就越高；q(Ma)是流量函数，在气体种类不变的情况下，它只跟当前截面的马赫数Ma有关。

咱首先看看，在飞行员推油门的过程中，这个公式里哪些量是不变的。1、首先流量qm是通过喷管的燃气的质量流量，也就是空气流量加上燃油流量，由于燃油流量相对空气流量占比很小，大约是1%的量级，所以即使燃油流量在增加，但qm基本可认为是不变的。2、K这个参数只跟燃气的组分有关，虽然燃气组分会随着喷油量的增加而改变，但前面也说了，空气占了大头，燃气组分变化并没有让K有明显变化。3、pt是总压，根据气体动力学知识我们知道加热会使一维流动的总压下降，但这个下降的幅度同气流的流速关系很大，同样的加热量，气体被加热时的马赫数越大，总压损失也越大，而航空发动机燃烧室里的流速是很慢的，一般近似认为航空发动机燃烧室内的总压损失可以忽略，总压近似不变，喷管内基本是绝能等熵流，总压更不变了。4、流量函数q(Ma)，不论是收缩喷管还是缩-扩喷管，因为总压不变，环境压力(完全膨胀时喷管出口压力)不变，所以喷管出口马赫数是不变的，而流量函数只跟马赫数有关，所以流量函数也不变。

流量公式中，qm、K、pt、q(Ma)都不变，剩下A就应该正比于总温Tt的开方。当飞行员推油门，发动机喷油增加，喷管中总温Tt显著提高，那么喷管出口的面积A就得随之增加，表现为喷口扩张。

你也可以定量上不太准确但定性上正确地去这么理解：气流受到的加热量更大了，体积就膨胀了，喷口也要跟着扩大。到此解释清了飞机加速时，为什么喷管出口面积会扩大，不论飞机在地面还是空中。

且慢，那么为什么起飞时发动机喷口在扩张前会先缩小一下呢？因为飞机起飞时，在飞行员推油门前，发动机处于慢车状态，所谓慢车状态你可以理解为怠速状态，就是发动机此时已经启动运转，但喷油很少、转速很慢、推力也很小，仅仅是为了维持发动机的运行。慢车时发动机的目的不是产生推力，喷管不需要保持壅塞的工作状态，喷口是扩张得很大的。当飞行员推油门时，发动机开始使劲，此时喷管收缩是正在进入工作状态，把发动机内的压力憋起来，以最大化推力。接着随着喷油量继续增加，这就开始按上面公式的解释，设计状态的喷口面积持续增加。飞机在空中除非出现特殊情况，发动机一般不会出现慢车状态。喷口缩小的过程是发动机正在从慢车状态进入到正常工作状态，而喷口扩大过程中的每时每刻都处于正常工作状态，但发动机的工作状态在不断变化，因而喷管出口面积也在不断增大以适应发动机加热量增大。

打个比方，有一片草地，这片草地随着时间增长，草越长越多，可以供养的兔子越来越多。现在这个草原能供养100只兔子，然而你直接放了200只兔子上去，那么短时间内，兔子数量会从200衰减到100只，然后随着草的生长，兔子数量会开始回升。最开始兔子从200只掉到100是从非平衡状态(兔子数量和草原供养能力不匹配)进入平衡状态(兔子数量与草原供养能力相匹配)，这就相当于喷管缩小面积以从慢车状态(面积A和总温Tt不匹配)进入到工作状态(面积A和总温Tt匹配)；当兔子数量随着草的生长开始回升，这就是兔子和草地之间的平衡状态在变化(从一个匹配点到另一个匹配点)，这就相当于喷口扩大过程中的喷管工作状态在变化(A和Tt一直匹配，但A随着Tt增加)。

本不想这么直白，但@入不忘兮先生的答案有点问题。

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