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

The highest temperature in the engine (about 3,700 °F (2,040 °C)^[9] occurs in the combustion chamber, where fuel is burned (at an approximate rate of 8,520 lb/h (3,860 kg/h)) in a relatively small proportion of the air entering the engine. The combustion products have to be diluted with air from the compressor to bring the gas temperature down to a specific value, known as the Turbine Entry Temperature (TET) (1,570 °F (850 °C)), which gives the turbine an acceptable life.^[10] Having to reduce the temperature of the combustion products by a large amount is one of the primary limitations on how much thrust can be generated (10,200 lb (45,000 N)). Burning all the oxygen delivered by the compressor stages would create temperatures (3,700 °F (2,040 °C)) high enough to significantly weaken the internal structure of the engine, but by mixing the combustion products with unburned air from the compressor at (600 °F (316 °C)) a substantial amount of oxygen (fuel/air ratio 0.014 compared to a no-oxygen-remaining value 0.0687) is still available for burning large quantities of fuel (25,000 lb/h (11,000 kg/h)) in an afterburner. The gas temperature decreases as it passes through the turbine (to 1,013 °F (545 °C)). The afterburner combustor reheats the gas, but to a much higher temperature (2,540 °F (1,390 °C)) than the TET (1,570 °F (850 °C)). As a result of the temperature rise in the afterburner combustor, the gas is accelerated, firstly by the heat addition, known as Rayleigh flow, then by the nozzle to a higher exit velocity than that which occurs without the afterburner. The mass flow is also slightly increased by the addition of the afterburner fuel. The thrust with afterburning is 16,000 lb (71,000 N).

The visible exhaust may show shock diamonds, which are caused by shock waves formed due to slight differences between ambient pressure and the exhaust pressure. This interaction causes oscillations in the exhaust jet diameter over a short distance and causes visible banding where pressure and temperature are highest.

Thrust may be increased by burning fuel in a turbofan's cold bypass air, instead of the mixed cold and hot flows as in most afterburning turbofans.

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