ระบบเผาไหม้เสริม (หรือreheatในภาษาอังกฤษแบบบริติช) เป็น ส่วนประกอบ การเผาไหม้ เพิ่มเติม ที่ใช้ในเครื่องยนต์เจ็ท บางประเภท โดยส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องบินรบความเร็วเหนือเสียงจุด ประสงค์คือเพื่อเพิ่มแรงขับโดยปกติสำหรับการบินเหนือเสียงการขึ้นบิน และการต่อสู้กระบวนการเผาไหม้เสริมจะฉีดเชื้อเพลิง เพิ่มเติม เข้าไปใน ห้อง เผาไหม้ ("burner") ในท่อไอเสียด้านหลัง (เช่น "after") กังหันทำให้ก๊าซไอเสีย "ร้อนขึ้น" การเผาไหม้เสริมช่วยเพิ่มแรงขับอย่างมากและใช้เป็นทางเลือกแทนเครื่องยนต์ขนาดใหญ่และหนักกว่า อย่างไรก็ตาม มันเพิ่มการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและลดประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงซึ่งจำกัดการใช้งานให้อยู่ในระยะเวลาสั้นๆ การใช้งาน "reheat" ในเครื่องบินนี้แตกต่างจากความหมายและการใช้งาน "reheat" ที่ใช้กับกังหันก๊าซที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง^{[ 1 ]}

เครื่องยนต์ไอพ่นจะถูกเรียกว่าทำงานแบบเปียกเมื่อมีการเผาไหม้เพิ่มเติม และแบบแห้งเมื่อไม่มีการเผาไหม้เพิ่มเติม^{[ 2 ]}เครื่องยนต์ที่ให้แรงขับสูงสุดแบบเปียกจะมีกำลังสูงสุดในขณะที่เครื่องยนต์ที่ให้แรงขับสูงสุดแบบแห้งจะมีกำลังในระดับใช้งานทางทหาร^{[ 3 ]}

เครื่องยนต์เจ็ทเครื่องแรกที่มีระบบเผาไหม้เพิ่มเติมคือ Jumo 004รุ่น E ^{[ 4 ]}

แรงขับของเครื่องยนต์ไอพ่นเป็นการประยุกต์ใช้หลักการปฏิกิริยาของนิวตัน ซึ่งเครื่องยนต์สร้างแรงขับเนื่องจากเพิ่มโมเมนตัมของอากาศที่ไหลผ่าน^{[ 5 ]}แรงขับขึ้นอยู่กับสองสิ่ง คือ ความเร็วของก๊าซไอเสียและมวลของก๊าซที่ออกจากหัวฉีด เครื่องยนต์ไอพ่นสามารถสร้างแรงขับได้มากขึ้นโดยการเร่งความเร็วของก๊าซให้สูงขึ้นหรือพ่นก๊าซที่มีมวลมากขึ้นออกจากเครื่องยนต์^{[ 6 ]} การออกแบบเครื่องยนต์ เทอร์โบไอพ่นพื้นฐานโดยใช้หลักการที่สองทำให้เกิด เครื่องยนต์ เทอร์โบแฟนซึ่งสร้างก๊าซที่ช้ากว่า แต่มีปริมาณมากกว่า เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนมีประสิทธิภาพในการใช้เชื้อเพลิงสูงและสามารถให้แรงขับสูงได้เป็นเวลานาน แต่ข้อเสียของการออกแบบคือขนาดที่ใหญ่เมื่อเทียบกับกำลังที่ผลิตได้ การสร้างกำลังที่เพิ่มขึ้นด้วยเครื่องยนต์ขนาดกะทัดรัดกว่าในช่วงเวลาสั้น ๆ สามารถทำได้โดยใช้เครื่องเผาไหม้เสริม เครื่องเผาไหม้เสริมจะเพิ่มแรงขับเป็นหลักโดยการเร่งความเร็วของก๊าซไอเสียให้สูงขึ้น^{[ 7 ]}

ค่าและพารามิเตอร์ต่อไปนี้เป็นของเครื่องยนต์เจ็ทรุ่นแรกPratt & Whitney J57ซึ่งจอดนิ่งอยู่บนรันเวย์^{[ 8 ]}และแสดงให้เห็นถึงค่าการไหลของเชื้อเพลิงหลังการเผาไหม้ อุณหภูมิก๊าซ และแรงขับที่สูงเมื่อเทียบกับค่าของเครื่องยนต์ที่ทำงานภายใต้ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิของกังหัน

อุณหภูมิสูงสุดในเครื่องยนต์ (ประมาณ 3,700 °F (2,040 °C) ^{[ 9 ])}เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ ซึ่งเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ (ในอัตราประมาณ 8,520 lb/h (3,860 kg/h)) ในสัดส่วนอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์ค่อนข้างน้อย ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะต้องถูกเจือจางด้วยอากาศจากคอมเพรสเซอร์เพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซลงให้เหลือค่าที่กำหนด ซึ่งเรียกว่าอุณหภูมิทางเข้ากังหัน (TET) (1,570 °F (850 °C)) ซึ่งจะทำให้กังหันมีอายุการใช้งานที่ยอมรับได้^{[ 10 ]}การต้องลดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ลงเป็นจำนวนมากเป็นข้อจำกัดหลักประการหนึ่งในการสร้างแรงขับ (10,200 lb _f (45,000 N)) การเผาไหม้ออกซิเจนทั้งหมดที่ส่งมาจากขั้นตอนคอมเพรสเซอร์จะสร้างอุณหภูมิ (3,700 °F (2,040 °C)) สูงมากพอที่จะทำให้โครงสร้างภายในอ่อนแอลงอย่างมาก ของเครื่องยนต์ แต่โดยการผสมผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้กับอากาศที่ยังไม่ถูกเผาไหม้จากคอมเพรสเซอร์ที่อุณหภูมิ (600 °F (316 °C)) ทำให้ยังมีออกซิเจนเหลืออยู่เป็นจำนวนมาก ( อัตราส่วนเชื้อเพลิง/อากาศ 0.014 เมื่อเทียบกับค่าที่ไม่มีออกซิเจนเหลืออยู่ 0.0687) สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงปริมาณมาก (25,000 ปอนด์/ชั่วโมง (11,000 กิโลกรัม/ชั่วโมง)) ในห้องเผาไหม้เสริม อุณหภูมิของก๊าซจะลดลงเมื่อผ่านกังหัน (เหลือ 1,013 °F (545 °C)) ห้องเผาไหม้เสริมจะให้ความร้อนแก่ก๊าซอีกครั้ง แต่ที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก (2,540 °F (1,390 °C)) กว่า TET (1,570 °F (850 °C)) ผลจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในห้องเผาไหม้เสริม ทำให้ก๊าซถูกเร่งความเร็วขึ้น โดยเริ่มจากการเพิ่มความร้อนที่เรียกว่าการไหลแบบเรย์ลีจากนั้นโดยหัวฉีด ทำให้มีความเร็วทางออกสูงกว่าความเร็วที่ออกจากเครื่องยนต์ เกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้ระบบเผาไหม้เสริม อัตราการไหลของมวลเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเติมเชื้อเพลิงสำหรับระบบเผาไหม้เสริม แรงขับเมื่อใช้ระบบเผาไหม้เสริมอยู่ที่ 16,000 ปอนด์- _ฟุต (71,000 นิวตัน)

ไอเสียที่มองเห็นได้อาจแสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์ "เพชรจากการกระแทก"ซึ่งเกิดจากคลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างความดันบรรยากาศและความดันไอเสีย ปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดการแกว่งตัวของเส้นผ่านศูนย์กลางของลำไอเสียในระยะทางสั้นๆ และทำให้เกิดแถบที่มองเห็นได้ในบริเวณที่มีความดันและอุณหภูมิสูงสุด

แรงขับสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงในอากาศบายพาสเย็นของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟน แทนที่จะใช้กระแสอากาศผสมระหว่างเย็นและร้อนเหมือนในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบมีอาฟเตอร์เบิร์นส่วนใหญ่

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนเสริมรุ่นแรกๆ อย่างPratt & Whitney TF30ใช้โซนการเผาไหม้แยกกันสำหรับกระแสบายพาสและกระแสแกนกลาง โดยมีวงแหวนสเปรย์แบบวงกลม 3 ใน 7 วงในกระแสบายพาส^{[ 11 ]} เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว เครื่องยนต์ Rolls-Royce Speyที่ใช้ระบบเผาไหม้ภายหลังใช้เครื่องผสมแบบราง 20 รางก่อนถึงท่อร่วมเชื้อเพลิง

การเผาไหม้ในห้องเพลนัม (PCB) ได้รับการพัฒนาบางส่วนสำหรับ เครื่องยนต์ แรงขับเวกเตอร์Bristol Siddeley BS100สำหรับเครื่องบินHawker Siddeley P.1154จนกระทั่งโครงการถูกยกเลิกในปี 1965 กระแสบายพาสเย็นและกระแสแกนร้อนถูกแบ่งระหว่างหัวฉีดสองคู่ คือด้านหน้าและด้านหลัง ในลักษณะเดียวกับRolls-Royce Pegasusและเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ในอากาศพัดลมก่อนที่จะออกจากหัวฉีดด้านหน้า ซึ่งจะให้แรงขับที่มากขึ้นสำหรับการบินขึ้นและประสิทธิภาพความเร็วเหนือเสียงในเครื่องบินที่คล้ายกับ แต่ใหญ่กว่าHawker Siddeley Harrier ^{[ 12 ]}

Pratt & Whitney ใช้ระบบทำความร้อนในท่อสำหรับเครื่องยนต์เทอร์โบแฟน JTF17 ที่เสนอให้กับโครงการขนส่งความเร็วเหนือเสียงของสหรัฐฯ ในปี พ.ศ. 2507 และมีการทดสอบเครื่องยนต์ต้นแบบ^{[ 13 ]}เครื่องทำความร้อนในท่อใช้ห้องเผาไหม้แบบวงแหวน และจะใช้สำหรับการขึ้นบิน การไต่ระดับ และการบินที่ความเร็ว Mach 2.7 โดยมีการเสริมกำลังในปริมาณที่แตกต่างกันไปตามน้ำหนักของเครื่องบิน^{[ 14 ]}

ส่วนเผาไหม้เสริมของเครื่องยนต์เจ็ทเป็นส่วนท่อไอเสียที่ต่อขยายออกไป โดยมี หัวฉีด เชื้อเพลิง เพิ่มเติม เนื่องจากส่วนต้นน้ำของเครื่องยนต์เจ็ท (เช่น ก่อนกังหัน) จะใช้ออกซิเจนที่ดูดเข้าไปเพียงเล็กน้อย จึงสามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงเพิ่มเติมได้หลังจากที่กระแสแก๊สออกจากกังหันแล้ว เมื่อเปิดใช้งานส่วนเผาไหม้เสริม เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปและตัวจุดระเบิดจะทำงาน กระบวนการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นจะเพิ่มอุณหภูมิทางออกของส่วนเผาไหม้เสริม ( ทางเข้า หัวฉีด ) ส่งผลให้แรงขับของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากอุณหภูมิหยุดนิ่ง ที่ทางออกของส่วนเผาไหม้เสริมจะเพิ่มขึ้นแล้ว ยังมีการเพิ่มขึ้นของอัตราการไหลของมวลในหัวฉีด (เช่น อัตราการไหลของมวลที่ทางเข้าส่วนเผาไหม้เสริม บวกกับอัตราการไหลของเชื้อเพลิงในส่วนเผาไหม้เสริมที่มีประสิทธิภาพ) แต่ ความดันหยุดนิ่งที่ทางออกของส่วนเผาไหม้เสริมจะลดลง(เนื่องจากการสูญเสียพื้นฐานจากความร้อน บวกกับการสูญเสียจากแรงเสียดทานและความปั่นป่วน)

การเพิ่มขึ้นของปริมาตรการไหลของไอเสียหลังการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นนั้นได้รับการรองรับโดยการเพิ่มพื้นที่คอของหัวฉีดไอเสีย มิฉะนั้น หากความดันไม่ถูกปล่อยออก ก๊าซอาจไหลย้อนกลับและจุดติดไฟอีกครั้ง ซึ่งอาจทำให้คอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน (หรือพัดลมกระชากใน การใช้งาน เทอร์โบแฟน ) การออกแบบครั้งแรก เช่น หลังการเผาไหม้ Solar ที่ใช้ใน F7U Cutlass, F-94 Starfire และ F-89 Scorpion มีหัวฉีดแบบเปลือกตา 2 ตำแหน่ง^{[ 15 ]}การออกแบบสมัยใหม่ไม่เพียงแต่รวมหัวฉีดแบบปรับรูปทรงได้ (VG) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงขั้นตอนการเพิ่มหลายขั้นตอนผ่านแท่งสเปรย์แยกต่างหากด้วย

โดยหลักการแล้ว อัตราส่วนแรงขับรวม (หลังการเผาไหม้/แบบแห้ง) จะแปรผันตรงกับรากที่สองของอัตราส่วนอุณหภูมิสภาวะหยุดนิ่งที่ผ่านส่วนหลังการเผาไหม้ (เช่น ทางออก/ทางเข้า)

เนื่องจากสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูง ระบบเผาไหม้เพิ่มเติม (afterburner) จึงใช้เฉพาะในกรณีที่ต้องการแรงขับสูงในระยะเวลาสั้นๆ เท่านั้น เช่น การขึ้นบินจากเครื่องบินหนักหรือเครื่องบินที่ใช้รันเวย์สั้น การช่วยในการปล่อยตัวจากเรือบรรทุกเครื่องบินและระหว่างการต่อสู้ทางอากาศข้อยกเว้นที่สำคัญคือ เครื่องยนต์ Pratt & Whitney J58ที่ใช้ในเครื่องบินSR-71 Blackbirdซึ่งใช้ระบบเผาไหม้เพิ่มเติมเป็นเวลานาน และได้รับการเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศในทุกภารกิจลาดตระเวน

เครื่องเผาไหม้เสริมมีอายุการใช้งานจำกัดเพื่อให้สอดคล้องกับการใช้งานที่ไม่ต่อเนื่อง J58 เป็นข้อยกเว้นด้วยอัตราการทำงานต่อเนื่อง ซึ่งทำได้ด้วย การเคลือบ ฉนวนกันความร้อนบนตัวบุและตัวยึดเปลวไฟ^{[ 16 ]}และโดยการระบายความร้อนตัวบุและหัวฉีดด้วยอากาศที่ดึงมาจากคอมเพรสเซอร์^{[ 17 ]}แทนที่จะใช้ก๊าซไอเสียของกังหัน

ในเครื่องยนต์ความร้อน เช่น เครื่องยนต์ไอพ่น ประสิทธิภาพจะสูงสุดเมื่อการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันและอุณหภูมิสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และขยายตัวลงมาถึงความดันบรรยากาศ (ดูวัฏจักรคาร์โนต์ )

เนื่องจากก๊าซไอเสียมี ปริมาณ ออกซิเจน ลดลงอยู่แล้ว อันเนื่องมาจากการเผาไหม้ก่อนหน้านี้ และเนื่องจากเชื้อเพลิงไม่ได้เผาไหม้ในคอลัมน์อากาศที่มีแรงดันสูงมาก ระบบเผาไหม้เสริมจึงมักมีประสิทธิภาพต่ำกว่ากระบวนการเผาไหม้หลัก ประสิทธิภาพของระบบเผาไหม้เสริมจะลดลงอย่างมากเช่นกัน หากความดันทางเข้าและทางออกของท่อไอเสียลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมักเป็นเช่นนั้น

ข้อจำกัดนี้ใช้ได้เฉพาะกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตเท่านั้น ในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนสำหรับการต่อสู้ทางทหาร อากาศบายพาสจะถูกเพิ่มเข้าไปในไอเสีย ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของแกนกลางและหลังการเผาไหม้ ในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ต การเพิ่มขึ้นจะจำกัดอยู่ที่ 50% ในขณะที่ในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนนั้นขึ้นอยู่กับอัตราส่วนบายพาสและอาจสูงถึง 70% ^{[ 18 ]}

อย่างไรก็ตาม ในทางตรงกันข้าม เครื่องบินSR-71มีประสิทธิภาพที่เหมาะสมในระดับความสูงมากในโหมดเผาไหม้เพิ่มเติม ("โหมดเปียก") เนื่องจากความเร็วสูง ( มัค 3.2) และความดันสูงที่สอดคล้องกันอันเนื่องมาจาก ช่องรับอากาศ แบบ แรม