喷气式飞机进气道
行状态的需要调节,就是通过压缩斜板的转动来调节进气口面积,其功能与矩形进气道的压缩斜板一样,代表性战斗机有苏联的米格-25、米格-29、苏-27,美国的F-14/F-15、欧洲“狂风”、“台风”,中国的新歼等等。
二维进气道的优点是利用铰接的压缩斜板移动调节进气的,因此,其速度调节范围大,通过附面层隔板和楔形进气口的转动,可使进气道在机动飞行时的适应范围得到改善,抗进气畸变能力增加,大迎角飞行特性好等。下面两种进气道应该也属于二维超音速进气道,但较为特殊,因此单列较好。
(三)CARET进气道 一般而言,超音速进气道就是以上常见的两类,但是近些年来,随着人们对隐身性能的要求和新一代作战飞机的研制,CARET进气道得到了越来越多的重视,并已经在F-18E/F和F-22两种飞机上得到了应用,(另外X-36验证机也是CARET进气道,但鉴于它的情况较为特殊,为圆弧唇口,在分类中不作重点考虑),因此此处对这种新型进气道也作一介绍。
CARET进气道的设计理念源于50年代末提出的乘波飞行的理论,为了便于解释CARET进气道的工作原理,先对乘波飞行的理论作一简介。对于一个尖楔体,以高速飞机上常见的尖劈翼型为例,当它超音速飞行时,必然在机翼下方产生一道从前缘开始的斜激波,气流在经过斜激波后会形成一个压力均匀的高压区,且此翼下高压区不受翼上低压区的影响(而常规机翼由于绕翼型环流的存在翼上下搞低压区相沟通),因此将会产生很高的升力,整个飞行器好像乘在激波上,乘波飞行由此得名。在此基础上,沿波面进行进气道进口的设计,以利用波后的减速增压均匀流,对于F-18E/F和F-22两种飞机而言,给予其他的一些考虑,如隐身要求,他们的近气道内外壁不能做到与翼面垂直,但就进气道而言,就可看作是由上壁和内壁各产生一道激波,对气流进行压缩。这就是典型的CARET进气道,它具有更高的总压恢复、较低的流动畸变、简单的构造,更重要的,它容易实现进气道的隐身设计,故而在新一代飞机的设计中受到了较高的重视。
(四)DSI进气道 近的来又出现一种新式的进气道,它就是美国F-35使用的DSI进气道,它也是二维进气道,但它却没有附面层隔板,其进气口处只有一个鼓包,这个鼓包须跟前掠式唇口共同作用才能起到现有的进气道的作用,它的作用是:一、起到附面层隔板的作用。前掠唇口改变了进气口附近的压力分布,进气口中央压力高,两侧附近压力低,而与机身连接部位的压力最氏。当附面层流流经前面这个鼓包时,其流向开始向外偏转,当接近进气口时,其流向大幅度偏转,被高压气流挤出进气口;二、对流入空气进行预压缩,起到其它超音速进气道里压缩斜板作用,但它具有更高的总压恢复,能满足所有性能和畸变要求。这种创新设计的鼓包结构简单,没有超??械装置,工作部件少,更加稳定可靠;它还可以减少迎风面阻力,适合于与机身一体化设计,隐身效果好;由于结构简单,其维护费用也很低。在亚音速巡航飞机时,其作用与普通超音速进气道一样,但它在1.5M以上的速度时所起的作用还不太明朗,有待进一步研究,尤其它对于两侧布局的飞机来说,大迎角和大侧滑角飞行时造成气流不对称,会引起发动机喘振,影响发动机工作效率。
三、进气口的位置
自从喷气飞机诞生以来,其进气道的位置各异,它的位置选择是综合飞机的性能要求而定,也跟航空科技发展有密切的关系,进气道按其在飞机上的位置不同大体上分为正面进气和非正面进气。进气口是进气道系统中最直观的部分,国内外经常把它们混为一谈,我们也习惯了统称为进气道,只是在详细区分这个系统中的不同部位时才使用不同术语。
①正面进气:进气口位于机身或发动机短舱头部,进气口前流场不受干扰,其优点是构造简单,它的缺点也很明显,在机头进气,飞机无法安装大型雷达天线,同时进气通道也太长,不利飞机内部设备安装。早期的战斗机进气口多数在头部,如苏联的米格-19、米格-21、苏-17,美国的F-100,中国的歼-7、歼-8等,采用发动机短舱式的进气道飞机有苏联的伊尔-28、雅克-25,美国的RB-57、B-52、B-58、S-3“北欧海盗”反潜飞机等。
②非正面进气:它包括两侧进气、翼根进气、腹部进气、翼下进气、肋下及背部进气等。这些进气口位置布置克服了正面进气的缺点,尤其是腹部和翼下进气的优点明显,它充分利用了机身工机翼的有利遮蔽作用,能减小进气口处的流速和迎角,从而改善进气道的工作条件;在战术机动性能上,飞机在大迎角机动时发动机工作状态平稳。两侧进气的有美国的F-102、F-104、F-4、F-15等,苏联的米格-23、米格-25、苏-24,中国的歼-8Ⅱ、强-5等;翼根进气的有美国的F-105、瑞典的萨伯-32,英国的“勇士”、“火神”、“胜利者”轰炸机等;腹部进气的有美国F-16、欧洲的EF-2000、以色列“狮”式战斗机等;翼下进气的有美国的B-1B、苏联的图-160,米格-29、苏-27等;背部进气道的有美国B-2、F-107(未服役)、A-10等。
四、选择进气道的原则:
进气道由亚音速进气道发展到超音速进气道,功能不断增加,进气对整个飞机来说重要性不可或缺,但选择进气道形状并不是根据它的先进性,而是根据实际的需要,如F-16选择亚音速进气道,它作为F-15配对的低档机型,造价上和功能的不同,选择改进的亚音速进气道更好;SR-71作为侦察机,并不需要高机动性,所以三维轴对对称进气道最合适。楔形进气道在某些方面比二维矩形进气道优点要多,但也不是后来的飞机都使用这种进气道,如法国的“阵风”采用的是近似半圆形进气道,对其整个飞机布局来说是最好的选择,同样,欧洲的“台风”采用的是近似矩形,在保证进气质量的情况下,服从于飞机的布局。一般并没有确定的结论说斜切式的对圆/半圆形的有明显优势,通常三维进气道的结构重量比较轻。
也有另外一种情况,某些飞机在改型后,其进气道也出现质的变化,F-18E/F采用的是有别于先前型号的双斜切的乘波进气道;法国的“神秘”改进成“超神秘”后,其圆形进气道也改成了扁圆形。
进气道未来发展,应该具有较高的效能,最佳的调节与控制,在整个飞行包线上都安全可靠,大迎角和侧滑角的相容性包线大,进气道与发动机匹配性好,抗畸变能力更强,隐身效果也更好,不排除出现新的技术,使得进气道结构更加简单,功能更加全面,满足所有飞行的要求。
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