喷气式战机进气道布置中的讲究

喷气式战机进气道布置中的讲究

由于喷气式发动机(涡喷发动机和涡扇发动机)正常工作都需要大量的稳定的气流作为工作物质,才能产生稳定推力,所以设计喷气发动机为动力的飞机时,进气道设计一直是重中之重。

良好的进气道设计,能让发动机获得良好的工作环境,减少飞行阻力、增加飞机可维护性、减轻飞机结构重量、在雷达隐身技术时代还关乎飞机的隐身能力。

而进气道设计,最直观也是最重要的一环,就是进气口位置的布置。

进气口的位置选择直接关乎气候进气道的布置,需要综合飞机性能需求和航空气动力学和工程材料等技术能力而定的,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。

正面进气

正面进气口前气流不受干扰,构造简单。

气流方向与飞机运动方向平行,几乎可以不转弯进入发动机,在发动机动力有限的情况下利于实现减阻和高速。目前主要应用在运输机翼下发动机吊舱,喷气式战斗机早期也有很多使用正面进气道的。

我国运20的发动机进气口属于此类

歼6战斗机也是正面进气道

歼7战斗机也是正面进气道

但正面进气道应用在战斗机上的缺点很明显,因为机头进气,飞机无法安装大型雷达,同时进气通道需要通过整个机身到达发动机舱,不利飞机内部设备布置。现在新战斗机设计,已经几乎没有再使用正面进气道的了。

非正面进气

现代战斗机参与空战雷达、光电设备、通讯设备等电子设备越来越重要,他们都需要安装到战斗机头部珍贵的空间里,所以设计师们将最初的直的进气道弯曲一下,把进气口布置到的机身侧面,形成了侧面进气道。根据侧面进气道的位置可以将侧面进气道分为:腹部进气道、两侧(肋)进气道、背部进气道。

腹部进气道

腹部进气是最需要增加动力的大仰角飞行状态(大角度爬升和盘旋)进气效率最高的。缺点是因为进气道占用了腹部空间不利于加强起落架强度所以难以成为舰载机,也不利于布置内部弹仓,因为气动通路方向的原因也不利于实现雷达隐身,而且因为在机体下面,更靠近地面,起降时容易吸入异物。在隐身机时代基本已经被淘汰。

歼10系列战机是典型的腹部进气战机

歼11和歼15也是腹部进气的

两侧(肋部)进气

两侧(肋部)进气大部分状态下进气稳定性较好。性能最均衡,在各国喷气式战机设计中使用的最多,而且在保证机动性的同时也有利于隐身设计,目前已经实现服役的隐身飞机(美帝F22/美帝F31/中华J10)都采用了两侧(肋部)进气设计。

歼20战机的两侧进气道

在研的FC31型战机的两侧进气道

当然两侧进气道设计也是有其缺点的:结构和空间占用比较大,进气道位置占用了部分机翼的长度,缩短了机翼可控面的长度,从而影响飞机的起降性能和机动性。而且因为两侧巨大的进气口也不容易实现翼身融合,所以我们看到的两侧进气的飞机总有一种方盒子插两片机翼飞上天的感觉。

背部进气道

背部进气道,以前使用的少,现在使用的越来越多。这种进气道现在眼光看稍显另类,不利于飞机做大动作机动,因为这种布局飞机一旦迎角大点,就会影响发动机进气,而空中停车,所以一般都是应用在不要求很强机动性的飞机上,所以战斗机几乎不会使用这类布置。

但这类布置也有其特有优势,首先因为发动机抬升到高于机身的额位置,可以用整个机身遮挡进气口和发动机叶片这些不利于隐身的位置,更容易实现隐身,所以美帝B2轰炸机和规划中的B21轰炸机都使用了背部进气设计,网传我国的轰10设计也是用背部进气设计。

轰10的图暂时没有,这个是美帝的B21

另外现役和在研的大量喷气无人机设计使用了这类设计,一方面增加雷达和红外隐身,另一方面也能提升一定的野战起降能力和抗战损能力。

翔龙无人机设想图

在研的利剑无人机

翼根进气布置

翼根进气布置与两侧进气布置类似,是把进气道布置在了机翼根部里面,一定程度弥补的两侧进气道侵占机翼长度的不足,有利于降低阻力在动力有限的技术条件下提升飞机速度。

但此种布局机翼本身厚度要够容纳发动机,所以多用于运输机和轰炸机等大型飞机,同时也限制了发动机直径不能太大,涡喷时代还可以,涡扇时代运输机和轰炸机发动机都采用大涵道比涡扇发动机,发动机直径越来越大,越来越不适于包裹在翼根,所以现在主流都是运输机都是翼下发动机吊舱式的布局。当然还是有另类,那就是我国的轰6。

我国服役多年的轰6轰炸机

未来随着科学技术的进步,战机设计还会进一步发展,随着无人机大量使用和雷达隐身设计的深入实用,背部进气的飞行器数量会越来越多。

因为无人机本身是没有上下之分的(不需要考虑飞行员的上下朝向),也许起降、巡航时背部进气的无人机,真正进行空战需要高机动能力的情况下会水平翻转一下,变成腹部进气的无人战机也说不定。

因为没有飞行员,所以对于无人机来说上下是可以没有分别的

或者随着综合点传控制技术和发动机技术的发展,会出现能综合各类进气道优点的综合进气系统设计,简单比如米格29为了避免起降吸入异物就在进气道上方开了辅助进气口,复杂的比如F35B型为了垂直起降在飞机背部开了升力风扇的进气口等等,技术设计一定会向越来越复杂,越来月强大的方向不断前进。

最后八爷镇楼!!!(它是两侧进气道)

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