嘉萊特式進氣道的優點是什麼?為什麼隱身戰鬥機只有f22用它?

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說得不錯,在隱身戰鬥機中,只有F-22採用了加萊特式進氣道,在F-22設計的那個年代,這種隱身進氣道不需要調節,對超音速的適應範圍也相對較好,而且隱身特性也還可以。後來伴隨著對無附面層隔板進氣道(DSI)的研究深入,發現DSI進氣道隱身效果更好,速度適用範圍經過充分實驗發現可以更廣。



F-22用的進氣道純粹是它的研製年代比較早,歷史原因造成的。另外,需要說明一點,蘇-57的進氣道與F-22的進氣道不是一回事,蘇-57有所謂的可動邊條,其實就是進氣道的可調諧板。所以它的進氣道和完全不可調的F-22的進氣道還是不一樣。


DSI進氣道沒有附面層隔道、隔板,重量輕,由於它是一個多波系進氣道,優化得好的話,總壓恢復係數在優化範圍之內都比較高。

在DSI進氣道方面,我國取得了更大的成績,據說採用了剛性骨架,結合彈性材料,做成了可調節的鼓包,兼有可調節性進氣道的優點和固定式進氣道的結構簡單,重量輕的特點。


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F-22沒使用DSI那是因為DSI進氣道出來的時候F-22都服役了,所以後來美軍F-35也用了DSI進氣道,而且目前很多六代機概念圖都出現了DSI的蹤影。至於其他美國三代半沒用DSI進氣道,也許只是氣動要改太大劃不作,而且DSI進氣道設計確實比加萊特進氣道還要先進,至少結構簡單減重明顯,但是設計和製造也相對比較複雜。可能美國覺得自己發動機推力大,為了減少人工等費用開支,所以不屑於發展DSI進氣道。



從超音速的氣動效率角度講,一款先進五代戰機最好的設計當然是可動錐頭,然後是可變坡道帶排氣閥,然後是固定帶排氣道的加萊特進氣道。 當然了,反正沒有那麼牛逼的發動機不用在乎超音速性能,所以很多國家就都採用不可能超過M1.6-1.8的DSI了。而且DSI進氣道後來是可以專門為超音速優化的,都能實現高超聲速6馬赫以上。DSI這個設計沒有活動部件,重量輕可靠性好,性能滿足要求。無非是設計時費點事多算算,之後都是省了。




像目前殲-20的極速就比F-22高0.5MA左右,因為F-22的加來特進氣道重量大、阻力大、隱形差,現階段就屬於是淘汰貨。宋文驄總師以前有篇文章提到最初我國的隱身戰機還設想用腹部進氣的加萊特進氣道,不過後來改了變成現在殲-20兩側的DSI進氣道。殲-20的設計對高速進行了優化,能輕則輕,雖然複雜點,搞清楚了就好。美帝麼,可能當時也沒搞清楚,設計偏保守,所以只能靠發動機了。總之可調的DSI進氣道比不可調的加萊特進氣道要更為先進。



梁無咎


除了F-22和超級大黃蜂,蘇-57也是用加萊特進氣道

加萊特進氣道(CARET),正式名稱為“雙斜切乘波進氣道”,屬於超音速進氣道的一種,與DSI進氣道一樣同屬於更復雜的三維乘波體系進氣道一種。他明顯特徵就是進氣口外形為類似平行四邊形的斜型,美國的F-22最先採用這種進氣道模式,此外F/A-18E/F 超級大黃蜂戰鬥機和俄羅斯的蘇-57也是採用加萊特式進氣道。

F-22是最早採用加萊特進氣道的戰機

F/A-18E/F 是第二個採用加萊特進氣道佈局的戰鬥機

加萊特進氣道最大優點在於利用雙斜激波來控制進氣道內的總壓和空氣流速,對進氣道氣流控制能力最強。戰鬥機飛行時,發動機槳葉運行速度不能超過音速,否則產生的激波會導致發送機發生喘振,甚至有可能導致槳葉斷裂。所以需要在進氣口設置措施對入口的氣流進行控制,利用進氣口產生的激波,以及進氣道內類似河道一樣的縮小再擴大的變化,產生氣壓變化,延緩流速。加萊特式進氣道發展自二維可調擋板式進氣道,他採用兩道斜激波作用效果更強,因而加萊特式進氣道更利於高超音速飛行,其在2馬赫速度時,控制效果在目前各種進氣道中最好。二維可調擋板式進氣道利用進氣道各擋板來控制氣流走向

另一個優點在於加萊特進氣道與S型進氣道佈局配合效果較好,更利於隱身設計。因為加萊特式的斜面擋板對於自身內上角的部位遮蔽效果最好,所以戰鬥機在設計S型雙彎進氣道時,把發動機佈置在對應進氣道內上方,就可以取得非常好的遮蔽效果。蘇-57發動機艙正面對應的大致位置,其主要是利用加萊特進氣道的擋板來實現隱身
生產線上的蘇-57進氣道結構,彎曲線還是比較明顯,這點還是不能冤枉他

當然加萊特式進氣道也有缺點,那就是結構過於複雜,重量代價很大。斜激波進氣口附面層粘性氣流效果很大,所以採用雙斜激波的加萊特式進氣道很依賴放氣裝置,需要設置進氣道收集附面層氣流和放氣孔。再加上進氣口的斜面擋板運動和控制裝置,導致整個加萊特進氣道重量代價相當大,輕型和中型戰鬥機選擇相當不利。

在兩種三維乘波體系進氣道,加萊特式和DSI之間對比的話,兩者互為優缺點。加萊特式調整能力強,但是重量大、結構複雜。DSI進氣道調整能力差,但是重量小,結構簡單。相比較來說加萊特進氣道在2倍音速以上優勢較為明顯,而DSI進氣道在1.2~1.8馬赫區間性價比優勢最為突出。


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優點是調節範圍寬,進氣量大,隱身戰鬥機除了F22還有蘇57也使用這種進氣道,F35和中國的殲20使用的是更為先進的DSI進氣道。

毫無疑問,CARET進氣道是一種落後的進氣方式,F22使用這種進氣方式是因為在F22研製時DSI技術的研究還不深入(20世紀80年代)不成熟,從避免風險考慮。



隨著DSI技術的成熟(20世紀90年代),DSI逐步取代了CARET進氣道,F16、F35、殲10、殲20都用上了DSI進氣道。

DSI進氣道雖然看起來就是進氣道唇口區域的一個三維鼓包,卻蘊含著精妙的奧義,需要極高的空氣動力學造詣才能設計出來,需要強大的風洞群才能進行驗證,到現在為止,中國和美國研究的比較透,歐洲和俄羅斯還沒見到應用成果。

進氣道技術的發展大概經歷了:機頭錐形進氣道——矩形進氣道——CARET——DSI這幾個階段,DSI是CARET的升級版。



CARET進氣道主要解決的問題,採用隔離的辦法將粘滯在機體表面低速、紊亂的附面層隔離開,不讓這一部分氣流進入進氣道,從而保證供給發動機進氣氣流的高速、穩定。加之當時的渦扇發動機尚採用的還是調節精度不高的機械液壓調節方式,未應用數字電調技術,為了保證發動機的穩定工作和減小喘振,CARET進氣道採用了調節斜板來匹配發動機工作狀態和進氣道進氣量,這些都是行之有效的措施。

DSI進氣道是無隔道進氣道,對附面層的處理方式是讓流進進氣道的氣體把附面層吹除,同時精心設計的三維結構可以在不同速度條件下自動調節進氣量的大小,與發動機工作狀態匹配。



優勢:

最大的優勢是減重。取消了CARET進氣道的一系列機械、液壓調節機構,至少可以減重200公斤,這是一個相當可觀的數字,差不多就這一條就夠了,任何戰鬥機的設計師都無法拒絕減重200公斤的措施。

第二,安全。取消了機械、液壓調節機構就會避免由於調節機構實效帶來的風險,符合“剃刀原則”。戰鬥機飛行過程中如果發生“進氣道不調節”危險程度甚至超過“發動機停車”。


關於隱身:這部分爭議比較大。實際情況是CARET進氣道會與飛機機體產生空腔,空腔是一個強的RCS散射源,而且CARET進氣道空腔不能進行遮蔽,這部分散射貢獻了很大一份前向RCS。相比較而言,DSI的三維鼓包可以有很多處理措施,透波+吸波就能處理掉大部分RCS,F35機身這麼多鼓包RCS控制的還不錯,DSI技術功不可沒!



DSI的不足:進氣量稍小,有一個三維鼓包,進氣量多少有點影響。還有就是大迎角時會產生氣流震盪,對發動機調節是個考驗。殲10B的眼鏡蛇對發動機考驗更大,這也是前一陣子航展殲10B眼鏡蛇機動的高超之處,不過大家都把注意集中到強大的飛控上了,發動機強大的電調能力倒沒人在意。

好了,基本就是這樣,DSI是大勢所趨。


一坑四彈


相對DSI它的優點是可調節好,可以在不同速度下始終保持最佳進氣,高速性尤佳。缺點是相對複雜笨重。DSI優點是輕(減重很明顯)、簡單可靠,缺點是隻能在某一個速度區段保持最佳性能,所以部分放棄高速性,但這個缺點不算突出,只要精心設計,就可以保證在關鍵速度區段獲取最佳進氣效率。所以總的來說還是DSI進氣道代表未來發展趨勢,F-22不用是因為它服役較早,DSI還沒成熟就設計已經定型,變更DSI進氣道代價較大。而由於美國發動機技術先進,推力富裕,加萊特進氣道相對笨重的缺點也就不明顯。之後的四代機大多用DSI,是因為DSI性價比更高。這裡邊蘇57是個另類,他的進氣道介於二者之間,外觀看是加萊特,但含有DSI成分。


錫兵中士


進氣道是關係飛行的重要支撐,沒有他再牛🐮的發動機上天也表現不出來。發動機工作需要足夠的氣壓,飛行中不斷變換的高度、速度、姿態流經發動機的氣流氣壓也不一致,發動機穩定的工作流必須有進氣道支撐。除了控制進氣量關鍵還要有足夠的進氣壓力,也就是進氣道提供的總壓恢復係數,進氣道對進氣壓縮效果越好總壓恢復係數越高,發動機工況越好推力越大越省油(梟龍04號改裝dsi進氣道就比至少03號可調板進氣道在最大航程,最大速度,以及推力上有很大進步)。總壓恢復係數低發動機氣壓低推力小,就好比一般汽車上高原發動機沒勁一樣。

用加來特的還有FA18Ef啊!加來特進氣道是採用高速乘波理論利用超音速分離激波增壓的先進進氣道,f22,fa18ef唇緣採用矩形雙斜切乘波進氣道,這種進氣道相比傳統多波系,單波系進氣道不需要複雜的控制調節裝置,超音速飛行進氣均勻,氣流畸變小(也就是氣流均勻穩定,產生流量不夠和進氣量太大而溢流,導致發動機氣量不足或超過流量而喘振停車)。

加來特進氣道設計主要靠唇緣斜切以及內部吼道壓縮進氣故其最大支持馬赫數並不高,其最佳超音速支持也就1.8馬赫,最大2.2馬赫飛行總壓恢復係數就下降到0.87一下了也就到了安全飛行極限了。不過現代空戰理論下新思維已經不在執著2馬赫以上飛行夠用就好。

當然f22加來特依然才用了附面層隔道,這種結構必然有附面層剝離通道放氣門也就是在結構上還是多了些增加了重量,隔板之間的通道形成了雷達波散射巨大的諧振腔是很不利於隱身的,所以發展型就出現了dsi進氣道!


83式裝甲輸送車


在飛機大馬赫數飛行時,激波會貼附在進氣口邊緣,通過激波加壓後的氣流會加速進入進氣道,而加萊特進氣道的設計,會使氣流經過激波後減速,再進入進氣道,而經過激波減速後的氣流是均勻的,這部分氣流可以有效的提高進氣道內部的氣流性能,適合發動機的進氣需要,不需要安裝複雜的進氣調節控制系統。

不過據我所知,並不是只有F22使用了該進氣道,使用該進氣道的戰機還有美海軍的F/A-18E/F超級大黃蜂,和俄羅斯空軍的蘇-57。


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因為f22出現的太早了,那時dsi技術還不成熟,加萊特是當時的最優方案


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結構簡單,重量較輕,活動部件少,適用範圍相對較寬,空氣壓縮效果不錯。

本來F22的進氣道是很不錯的,不過隨後的DSI進氣道出現,嘉萊特進氣道反而不怎麼出彩了。


次班天行鬼


進氣質量好,亂流少。但缺點是那個夾縫是很強的雷達波反射器,不利於隱身。另外進氣道里面還要隱身處理,否則壓氣機的也少也能很強的反射雷達波。


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