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莫斯科不相信眼泪

 
 
 

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红杏枝头春意闹——日益多样的亚音速进气道设计  

2006-05-25 19:21:06|  分类: 装备科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  喷气式飞机诞生之初,发动机发展还不完善,其性能还不高,它所提供的推力太小,推重比也低,尽管如此,其速度还是比螺旋桨飞机大多了。因为早期喷气飞机都是亚音速,所以这时的进气道也被称为亚音速进气道,虽形状各异,但它们在本质上是相同的。

  亚音速进气道的特点是进气通道短、进气效率高、结构简单、维修方便。因为来流速度较低,空气可直接应用,不需要进行预压缩,进气口面积也不需要调节,飞行速度在1.4马赫以下的飞机通常使用这种进气道,飞行速度在1.6-1.7马赫的飞机也用这种经改进的亚音速进气道。

  亚音速进气道的主要缺点是,飞机在做高机动性,如大迎角、大侧滑角飞行时会破坏气流的对称性(从机头进气的皮托管式进气道除外),使进气效率降低,因此,不需要高机动性的战斗轰炸机、攻击机、轰炸机等多选用这种进气道。




  亚音速进气道进气口前缘较为钝圆,以避免低速起飞时进口处气流分离。其内部的进气通道多为扩散形,在最大速度或巡航状态下,进入气流的减速增压过程大部分在进气口外面完成,进气通道内的流体损失不大,因而有较高的效率。喷气发动机出现的初期,它仅作为发动机工作介质-空气的一个通道,保证发动机有足够的进气量即可,所以早期这种进气道结构十分简单。随着飞机的速度和性能不断提高,其结构也日趋复杂,其进气通道里增加了附面层抽气系统,防止低能的附面层(由于空气具有粘性,贴近机身的空气速度会降低,形成附面层,该气流影响发动机的正常工作,造成发动机喘振甚至失速)流进入发动机。对于两侧或腹部进气的进气道,其进气口有一个附面层隔板,或者进气道与机身相隔一小段间隙,其功能是把附面层流引开。尽管如此,和后来的超音速进气道相比,亚音速进气道结构仍然比较简单。亚音速进气道不仅用在亚音速战斗机上,也用在早期的超音速战斗机上,亚音速进气道在超音速状态下工作时,进气口前会产生脱体正激波(激波在超音速飞行时,飞行器前方对气流会产生压缩,使气流在飞行器前方或表面堆积而受到阻滞,随着压缩气体的堆积,气流参数会突然发生变化,这个突然变化的分界面就叫做激波,脱体激波为激波的一种),超音速气流经过正激波减速为亚音速。

  亚音速进气道总体上分成头部进气和两侧进气,按形状又分为圆形、扁圆形、半圆形、方形或类方形。


圆 形

  早期亚音速进气道的进气口多为圆形,它的主要优点是结构简单,进气均匀,能量损失小。为了把能量损失减少到最小,飞机布局一般考虑到发动机的工作效率,故此,这一时期飞机发动机布置一般为翼吊式和机身式。翼吊式顾名思义,发动机以吊舱式安置在机翼下面,这样的布置方式可以保持飞机的流线型布局,适合安装电子设备。它的缺点是偏航力矩大,转动惯量也大,不利于战斗机的滚转;另一方面它对战斗机的结构强度要求高,战斗机在做大过载机动时,尤其是旋转时机体受力大,所以它并不适合战斗机。世界范围来看,这种布局也并不多见,如世界上第一种实用型喷气战斗机ME-262以及前苏联的伊尔-28。




  机身式发动机布局就是把发动机安装在机身内,由于考虑到进气效率,所以发动机多布置在这些飞机的头部,发动机喷口在飞机中腹部。采用这种布局的飞行员座舱在飞机中后部,视野较差,飞机看起来头重脚轻,这样形成一个明显的阶梯状,故此这种飞机布局被称为阶梯状布局,如苏联的米格-9、雅克-15、拉-150,瑞典的萨伯-29 “飞行酒桶”。这些早期的喷气式战斗机除瑞典的萨伯-29外,都是过渡机型,服役时间很短。

  在发动机的快速发展下,其推力越来越大,进气通道长短不再是主要考虑因素,此时飞机的发动机多布置在尾部,留下空间安排前起落架和座舱,这使得飞机外形更加流线化,但它们的进气口仍然在头部,且圆形居多,如苏联的米格-15、米格-17、苏-7,美国的 F-84、F-86(旱期型号),英国的“蚊”式,法国的“神秘IVA。还有一些飞机并非采用机头进气,但进气口依然为圆形,如英国两侧进气的“标枪”战斗机、“掠夺者”战斗轰炸机,采用机翼与发动机一体化布局的“堪培拉”,即美国也生产使用的RB-57,其发动机在机翼的中间。苏联的图-16轰炸机和苏-25攻击机同样为两侧进气的近似圆形进气道。


扁 圆 形

  扁圆形进气道的代表是F-1OO战斗机和法国“超神秘”战斗机,这两款战斗外形十分相似。


颌下进气半圆形

  早期有一些战斗机采用半圆形颌下进气布局,这种布置方式是一种折衷方式,既保证了进气效率,也便于安装雷达等电子设备,代表性的有美国的F-86D、F-8“十字军战士”,意大利G-91R。

方形或类方形

  为了在机头安装雷达,一些早期战斗机采用了两侧进气方式,如英国的“蚊纳”、“褐雨燕”等,后来的战斗机,如美国的F-5“虎”,英法合作的“美洲虎”,意大利与巴西合作的 AMX 攻击机。


半圆形或近似半圆形

  英国的“鹞”式垂直起落战斗机采用的是两侧半圆形进气道。


其它形状

  如采用两侧三角形进气道的是英国“猎人”战斗机等,它们都是与飞机其它结构和设备综合配置的一些妥协方案。





  需要说明的是第一代超音速战斗机仍然采用的是亚音速进气道,如美国的F-100、F-105、苏联米格-19、法国的“超神秘”战斗机等。后来的一些军用飞机因性能上要求不同也采用亚音速进气道。美国F -16虽为第三代战斗机,但它强调的是跨音速的机动性能,所以也采用改进过的亚音速进气道,称为单一正激波单一进气道,F-16的动力很强劲,但飞到2.0马赫非常困难,这个最大速度是理想状态下的数据,其他的超音速飞机使用的亚音速进气道也是这种单一正激波进气道。美国B-1A由于早期强调超音速空防能力,其进气道为超音速进气道,作战任务改变后,其进气道又改成了亚音速进气道,同样美国F-5、AMX等都使用的是亚音速进气道。

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