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野百合的春天——喷气式飞机进气道设计概述  

2007-03-03 11:04:18|  分类: 装备科技C |  标签: |举报 |字号 订阅

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  早期的飞机使用螺旋桨提供推进动力,进气道的形式比较简单,也很难引起我们的注意,但是当飞机进入喷气时代时,进气道的形式开始多起来,结构也变得越来越复杂。喷气式飞机进气道是一个系统的总称,它指飞机发动机进气口前的一段,包括进气口、辅助进气口、放气口和进气通道等,是保证喷气式发动机正常工作的重要部件之一,直接影响到飞机发动机的工作效率。进气道设计从最初的不起眼,发展到如今的日见重要,并且已成为飞机设计的一个重要分支,也是辨别现代飞机种类的重要标志。

进气道的作用


  进气道的作用有二:其一,供给发动机足够流量的空气。虽然螺旋桨飞机是靠螺旋桨工作拉动空气向后运动从而带动飞机做相对运动前飞,但螺旋桨发动机燃烧也需要空气,只是它的用量无法与喷气发动机相比。喷气发动机所需的空气量惊人,动辄以每秒上百公斤计,如“海鹞”的发动机空气流量为196公斤/秒,美国F-15的是242公斤/秒。如果按空气密度是1.2255公斤/米3计,即使空气需求量最低的“飞豹”,每秒钟吸进的空气量也达到150米3 ,这可是一个不小的数字。



  其二,保证进气流场能满足压气机和燃烧室正常工作的要求,喷气发动机进口流速必须降为当地音速的0.3-0.6倍,而且对流场的均匀性有严格限制。

  在飞行中,进气道要为发动机提供一定流速、一定压力的空气。进气道主要通过压缩斜板来实现对高速气流的减速增压。这里总压恢复值是一个非常重要的参数,它是指发动机进口处的气流总压与进气道远前方来流的总压之比,表示气流机械能的损失,也表示进气道的工作效率。对于超音速进气道,总压恢复主要与斜板级数和角度所决定的激波的级数和波后流动参数有关。

  流场畸变水平表征了进气道提供给发动机的气流的均匀程度,一般用进气道流场中的最高总压(总压等于气流静压和动压之和,表征了气流的机械能)与最低总压值之间的差值表示,它影响着发动机的喘振裕度,间接关系着飞机的安全。

进气道分类


  按其在飞机上的位置不同,进气道大体上分为正面进气和非正面进气。

  前一种进气道的进气口位于机身或发动机短舱头部。最初的喷气式战斗机进气口多采用机头进气,如前苏联的米格-19、米格-21、苏-17,美国的 F-1OO,采用发动机短舱式进气道的飞机有苏联的伊尔-28、雅克-25,美国的RB-57、B-52、B-58、S-3“北欧海盗”反潜飞机等。

  后一种进气道则包括两侧进气、翼根进气、腹部进气、翼下进气、肋下及背部进气等。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;腹部进气的有美国的F-16、欧洲的EF-2000、以色列的“狮”战斗机等;翼下进气的有美国的B-1B、俄罗斯的图-160、米格-29、苏-27等;背部进气道的有B-2、F-107(未服役)A-10等。

  按结构分,进气道分为不可调进气道和可调进气道。不可调进气道,也就是进气道形状参数不可调,只能在设计状态下(如一定的飞行速度等)才可与发动机协调工作,反之则可能出现工作不协调的情况。当发动机需要空气量超过进气道通过能力时,进气道处于超临界状态,反之,进气道将处于亚临界溢流状态。超临界状态降低发动机工作效率,过分的亚临界状态使飞行阻力增加,并引起发动机喘振,工作效能也将降低。



  可调进气道的设计正是为了解决上述问题,常用的方法是安装可调压缩斜板,通过调节它的角度,控制进气道的空气通过量,满足发动机的工作要求。另外,在亚音速扩散通道处设有放气门,将多余的空气放掉,防止进气道处于亚临界状态。在起飞时,发动机全力工作,要保持同样的气流量,发动机捕获空气的面积需要增大,通常发动机都设有低速时能被吸开的辅助进气口。

选择进气道的原则


  飞机进气道发展到现在,主要分为亚音速进气道和超音速进气道,功能不断增加,对整个飞机的重要性也越来越大。但选择进气道形状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,选择改进的亚音速进气道更好。SR-71“黑鸟”作为侦察机,并不需要高机动性,所以三维轴对称进气道最合适。楔形进气道在某些方面比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。

  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,如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。
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