F-22的進氣道與蘇-57的進氣道,有什麼區別?

東方談武器


從進氣道的種類來看,F22與蘇57的進氣道屬於同一種進氣道,加萊特進氣道。這種進氣道能夠改善飛機在超音速飛行時的進氣效率,為發動機提供足夠的空氣。更重要的是,它能夠排除附面層氣流,避免造成發動機因吸入這種氣流而無法正常運行,導致熄火。另外,這種進氣道能夠避免進氣道與機身的生硬過渡,提升一些隱身能力。不過,在進氣道內部的設計上,F22總的來說還是高明一些的。

圖為F22進氣道示意圖


F22的進氣道在機腹處向內彎曲,遮蔽了發動機的扇葉。而我們知道,發動機扇葉正是前向雷達反射的重要來源之一。雖然進氣道內彎會降低進氣效率,可能減少發動機的推力,但是F22裝備的兩臺F119發動機能夠承受部分推力的損失。即使算上二元矢量噴口帶來的推力損失,F22冗餘的推力依然非常可觀。

圖為蘇57戰鬥機的進氣道


蘇57的117S則不能這樣了。為了最大化進氣效率,蘇57的進氣道幾乎直通發動機葉片,這一區域在雷達面前無處可藏。不過,蘇57的機翼前緣能夠在高速飛行時拉出渦流,減慢附近的空氣流速,為發動機提供一個更好的工作環境。

圖為F18大黃蜂的進氣道


蘇57進氣道如果想要改善隱身性能,能夠做出的補救措施也是有限的。雖然能夠學F18在這裡敷設吸波材料,但是這樣能夠提供的隱身效果仍然有限。如果能夠設法遮蔽部分發動機扇葉,同時不影響進氣效率,這一問題能夠部分得到解決。


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軍情解析


理論上說F22和蘇57都屬於加萊特進氣道(CARET),不過在實際設計思路上卻大不相同,這跟兩架飛機的終極作戰思路和發動機狀況相關。

加萊特進氣道的學名是“雙斜切乘波進氣道”,從外形上看像是把一個矩形斜切了兩刀,而這也是這種進氣道的精華所在,在垂直方向的斜切可以有效的兜住迎風氣流,改善大迎角特性,而在水平方向的斜切則可以避免進氣道和機身過渡生硬,達到一定的隱身特性。

而五代機一個重要的特徵就是兼顧超機動性和隱身能力,而加萊特進氣道相比傳統的進氣道可以說都做到了。不過,僅僅是一個進氣道正面的改變還遠遠不夠,對於敵方雷達來說,發動機葉片是天然的雷達波信號收集器,這可是設計師要首先解決的大問題。

這裡引出兩種機型進氣道最大不同:一個擁有S彎 一個幾乎是“直腸子”

好了,首先看這張對比圖,可以看出F22擁有典型向內的S彎,發動機中線和進口道中線之間間隔了不小的距離,從而從外形上實現了天然的屏蔽。

蘇57的葉片正面大部分無遮擋

而蘇57的解決方案嘛……對不起,可以說幾乎就是完全重合的,而從這張正面圖片也看得出來,蘇57的大部分發動機葉片都和傳統戰機一樣“赤誠相見”——沒錯,蘇57的進氣道就是兩個強反射源,儘管俄羅斯宣傳通過進氣道的等離子發生器來進行遮擋,但至今毛子家都是神龍見首不見尾,也許是真有秘密武器吧。

S彎進氣道影響推力,但美國有發動機神器F119“無所謂”

而另一方面,採用S型進氣道後,對發動機的推力有一定影響。據研究表明,同樣的發動機,進氣道在S彎之後,會有3%到5%左右的推力損失。打個簡單比方,在一條筆直的大馬路上飆車,當然比彎道更加容易起速度。而美國之所以能忍受S型進氣道帶來的推力下降,是因為擁有F119這一四代發動機神器,加力推力最大可以到155千牛,推重比更是達到10,因此可以哼著一首《無所謂》,一面就把問題給解決了。

F22的S型進氣道3D建模圖片

而俄羅斯就不一樣了,一方面蘇57是在蘇27的基礎構型上研發的,進氣道調整空間本來就小,另一方面還是因為現階段的117S發動機最大推力只有145千牛,推重比約8.7,如果再“轉彎”一下,那麼發動機推力就更小了,跟俄羅斯空軍強調的“高機動性”背道而馳。

蘇57進氣道也有優勢 但隱身損失太大

因此,權衡之下,蘇57就是現在的進氣道造型。不過,蘇57進氣道設計也有一個優勢,就是前方內側襟翼可單獨上下襬動,形成一個類似於預壓縮的效果,比F22的進氣口調整方式更多樣,也在一定程度上解釋了為什麼蘇57擁有優異的超機動性。

在X波段雷達的照射下,蘇57最大的反射源就來自於2個“直腸子”進氣道

而在隱身能力上,蘇57的代價就非常大了。據俄羅斯自己媒體的報道,蘇57典型的雷達反射面積為0.4平方米,相比一般認為F22的0.001平方米的反射面積,完全就是數量級的差距,而這其中這個“大直腸子”進氣道“功不可沒”。


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提到這兩架飛機一定又有很多人會說加萊特進氣道了。其實要知道的一點是所謂加萊特進氣道就是固定的二元切口進氣道並且沒有可動調節機構和附面層分離隔板。


一般的來說“加萊特進氣道”在和氣動佈局相關的資料中引用極少,並不是一個特別主流的進氣道設計方式。與加萊特進氣道相對應的DSI進氣道由於剛剛興起,因此各種論文就多了很多,也就好像這個進氣道很熱似的。


但從實際意義來看,採用什麼進氣道和飛機的總體設計有關,並沒有太多優劣勢之分。


當然了上面是題外話,咱們說回F-22和Su-57的進氣道設計對比。


如果從很正的角度去看F-22的進氣道其實已經接近正面面積的一半了。

所以W君就在回答的開頭告訴大家——大。

直觀的感受有多大呢?可以坐進去一個人。

這就應該是F-22進氣道的大小表現了。

雖然F-22進氣道不能口部不能變動,但是在F-22進氣道內部為S形,因此即便在很近的位置去觀察F-22的進氣道我們也很難一眼看到底部。

拆了個模型就可以看到這個進氣道是以一個相當大的角度環繞著駕駛艙進入機身中部的。


大家說Su-57的進氣道是可以直接看到發動機葉片的,這就有點不準確了。

看圖:

很多人因為這張照片而詬病Su-57的進氣道設計不好。但要十分注意的一點是——這是很早期設計的T-50,和Su-57已經不是一個型號的飛機了。

這架才是Su-57,能不能發現發動機艙的垂直位置被上移了


這是T-50的兩架原型機:注意看機背發動機艙的位置是相對較平的。


而最新的Su-57已經可以看出明顯的背後鼓包了。

所以說雷達直接照射到發動機葉片上的事情也是老黃曆了。


就進氣道的優劣來看Su-57的進氣道要稍微好於F-22的進氣道,在大迎角條件下可以獲得更多的進氣量。但這個“好”極其有限。

F-22在設計的時候也考慮了大迎角飛行問題,因此進氣道是向下傾斜的切口。這樣同樣能夠保障進氣量,只不過沒有Su-57那麼明顯而已。


軍武數據庫


從外觀上看蘇57和F22一樣使用了加萊特式進氣道,事實也就是如此,但是一項精於氣動設計的俄羅斯並不像美國那樣簡單粗暴,前者佔有很大後發優勢。


(蘇57的進氣道設計與蘇27如出一轍)

僅從外形上看我們就能明白,蘇57採用的是吊裝模式,呈矩形的進氣道只有一個邊是緊貼機身的!這就決定它受到附面層氣流的影響更低一些;而F22的進氣道為了適應緊湊的機身結構,被設計成了近似於菱形的結構,如下圖所示:(F22的進氣道會嚴重受到附面層氣流的影響)

此外,蘇57進氣道為一組機身連接的部分也位於尖銳機翼前緣的下方,如下圖所示,蘇57的進氣道正好位於可動式機翼前緣的正下方,在高速飛行時尖銳的機翼前緣負責拉出渦流,這種渦流有利於降低進氣道內空氣的流速,起到激波的效果!因此說蘇57的發動機工作環境是非常好的。



(蘇57的進氣道上方正好是尖銳的前緣,這一點與F18戰鬥機十分類似)

但是,蘇57最為人詬病的還是進氣道,因為曝光的照片能明顯看到發動機的壓縮機葉片,如下圖所示,暴露在外邊的壓縮機葉片會成為雷達波的反射區域,因此網友們推斷蘇57的RCS值在0.5以上,低於五代機0.1的平均水平!

隱身能力被譽為五代機4S指標之首,可見蘇霍伊設計局犯下的錯誤有多嚴重了!小編曾以為蘇57的可動式機翼前緣有向下遮擋進氣道口的能力,這或許是彌補隱身性能不佳的設計考量也說不定,但是經過與航空類答主的仔細論證之後,大家都認為這是不可行的!
(向下偏轉的機翼前緣正好遮擋住進氣道)

否決它的理由是,這種可動式機翼前緣的作用就相當於鴨翼,在高速狀態下可作為速度配平的結構,或者直接當作鴨翼參與對機身姿態的調整,尤其是在作戰狀態下它是要不斷變換偏轉角度的結構,這就決定它不可能隨時保持向下偏轉的狀態!而且向下偏轉會帶來不可忽視的阻力,嚴重破壞戰鬥機的氣動結構。



(蘇57進氣道構型圖)

F22的進氣道前方看不到壓縮機葉片,這是因為它採用了S型進氣道設計,這種進氣道最早出現在IDF經國號戰鬥機上,連美國設計師都驚呼:“你們在無意間發現了一個隱秘的進氣道,恭喜了”。隨後這種能夠有效降低RCS值的進氣道廣泛出現在五代機上,但惟獨蘇57沒有采用這種設計。上圖是蘇57進氣道簡圖,根據兩條水平線的對比可知,壓縮機葉片有一大半暴露在前方視野內,如何糾正這種失敗的設計是一大難題。


(F18大黃蜂進氣道也有一半的壓縮機葉片裸露在前方視野內)

美國F18超級大黃蜂戰鬥機或許可以提供借鑑之處,大黃蜂的進氣道有很好的隱身效果,它採用塗抹吸波材料的手段,給進氣道和發動機葉片各個部分增加吸波能力,儘可能降低雷達波的反射強度,蘇57完全可以採用同樣的方法彌補進氣道的缺點,但是考慮到它裸露的面積較大,實際效果不會太理想!


兵器世界


美軍F22隱身戰機的菱形卡爾特進氣道,已經落伍,是九十年代的產品,但F22發動機性能強大,可以彌補這種進氣道附面層隔板所增加的幾百公斤的重量,其內部也利用了超音速激波進行增壓,可以有效的提高進氣道內部的氣流性能,甚至能滿足F22發動機做超音速巡航......

而蘇57的前身是T50,於2000年開始研發,比中國的殲20研發得早,卻一直無法定型,它釆用的是直通式的進氣道,從正面都能看到發動機葉片,可見雷達波是可以直接照射到的,蘇57不但進氣道,兩個發動機和尾噴管都是全裸腹下,戰鬥民族對隱身不隱身似乎滿不在乎,完全只注重飛機的飛行性能.....

可以說,F22和蘇57的進氣道已經過時,而目前的先進戰機大都採用DSI 蚌式進氣道,DSI全面優化了設計,非常輕便,極大的減輕了重量。

所謂蚌式DSI進氣道,即三維鼓包式無附面層隔道超音速進氣道,進氣道直接和機身銜接,它採用一個固定的鼓包來模擬常規進氣道中的一、二級可調斜板。這種設計採用錐形流乘波設計,總壓回收率高,降低了飛機對風的阻力,提高飛機的隱身性能。沒有設計輔助進風口和出風口門,因此大大降低了飛機的結構重量。






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在技術設計上,兩者都是已經比較落後的設計了,F22的嘉萊特進氣道在DSI技術沒成熟之前還算高科技,但現在已經落伍了,蘇57的可調進氣道就更不用說了,基本就是和蘇27一類的水平。

兩者在外形設計上的差異體現的是雙方不同的性能訴求和技術水平,尤其是在內進氣道設計方面,美國F22成熟的S進氣道設計是建立在本國強大的發動機技術和先進的材料之上的,隱身理念貫徹整個進氣道方案之中。

而受困於落後的材料,尤其是經濟實力和計算機水平的不足,俄羅斯無法進行足夠數量的進氣道隱身優化設計,只能靠大力出奇跡,直通式的進氣道來保證戰鬥機的推力大,機動性好,隱身基本被無視。


西西弗斯的投石機


我們可以先看看F22和與蘇57兩臺飛機有什麼區別。

俄羅斯空軍的利器

最近,俄羅斯空軍的蘇57戰鬥機吸引了廣大軍迷朋友的目光。因為在此之前俄羅斯的媒體公佈了一段關於俄羅斯空軍最新型戰鬥機蘇57投放新型隱身巡航導彈的視頻,讓之前關於俄羅斯蘇57戰鬥機機彈艙有問題的謠言不攻自破。然後,因為想要採購s400地對空防空導彈而被美國停售F35的土耳其宣稱,可能採購蘇57來彌補空缺。緊接著不少人對蘇57的戰鬥機產生好奇。的確作為俄羅斯的新一代戰鬥機,蘇57是俄羅斯空軍的利器。不少美國媒體就輛蘇57和天空之王F22做了比較。

蘇57佔據氣動佈局優勢

有很多專家指出,蘇57在氣動佈局的設計上有著兩大優勢,第一蘇57繼承了蘇27的中央升力體氣動佈局,相較於F22增加了升力係數。第二蘇57使用了較大的可動邊條,它可以參與蘇57的飛機配平,從而進一步的增大了蘇57的升力係數。總體來看蘇57的升力大於F22,同時蘇57的推力矢量發動機儘管只能進行俯仰方向的運動,但是很有可能具有一定的外傾安裝角,通過發動機的差動進行飛機的滾轉機動控制。

不同的設計風格導致進氣道不同

從目前已經知道的照片來看,有別於F22的s型進氣道蘇57戰機採用的是直通式進氣道。這就像一根空心竹子一樣一通到底,只要找對角度甚至肉眼都可以看見內裡的扇葉。為什麼會產生這樣的差異呢?主要是因為俄羅斯的財力有限,俄羅斯的武器生產工藝沒有明顯的改變,俄羅斯的武器研發,似乎還是無法割捨蘇聯方面的武器製造風格,蘇57的這種進氣道設計直接導致蘇57前向RCS(雷達反射截面積)高達0.4平方米,隱身方面蘇57相較F22是有劣勢的。不過好在蘇57的機動性和近距離格鬥是佔據優勢的,這點相信軍迷朋友們都瞭解,俄式戰鬥機在近距離格鬥和機動性上面一直是強項。蘇57的直通式進氣道有利於提高了它的機動性,使得蘇57在五代機的近距離格鬥中也是一把好手。

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美軍目前最先進的五代機F-22所使用的進氣道就是我們常說的卡爾特(加萊特)進氣道,中文學名將其稱之為"後掠雙斜面超音速進氣道"(CARET)。

在F-22之前,美軍的F-18E/F機型已經率先採用了該型進氣道,因此在技術上具備一定的成熟性;且該進氣道目前也就主要用於前述兩種機型。

在卡爾特進氣道的中文譯名中有一個詞十分關鍵:後掠(指進氣道口,F-35的DIS進氣道口為前掠)。這一區別在於,後掠可以保證F-22能夠擁有更大的腹部彈艙空間,而它的主彈艙恰好就位於機腹。

如果僅從進氣道外觀上看,俄羅斯的五代機蘇-57所採用的進氣道似乎和F-22極為相似,這也讓很多人認為蘇-57採用的也是相同的卡爾特進氣道設計;但事實真的如此嗎?

仔細對比後就會發現:F-22進氣道內並沒有可調裝置,而且S型進氣設計完全無法直接看到內置扇葉;反觀蘇-57,不僅其進氣道外壁設有多達三個網格窗,而且內部還有數片可動式氣流調節板(四代機設計)。

另外,蘇-57的進氣方式完全有別於F-22的S型進氣方式,前者採用直通式,用肉眼就能看到內置扇葉;而這些細節所導致的後果就是在很大程度上增加了蘇-57的雷達特徵。

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軍武最前哨


美國洛克希德馬丁公司的F-22A猛禽戰鬥機是一款隱身戰鬥機,其進氣道的設計是採用莢萊特設計。這款戰鬥機的進氣道具有S型構造,因此可以避免發動機的葉片暴露在雷達波之下。



蘇-57戰鬥機的進氣道就簡單多了,至今有許多專家都沒有弄明白蘇-57戰鬥機的進氣道設計的原因所在,因為發動機葉片就直接可以暴露在雷達波之下。


實際上蘇-57為人詬病的就是缺乏隱身能力,其中發動機進氣道就是一個人很大的原因。在F-22A猛禽戰鬥機之後的F-35閃電II戰鬥機就採用了更為先進的蚌式進氣道設計。

進氣道的設計對於發動機的效率有很大的影響,俄羅斯在蘇-57上的一些做法其實是經過試驗而來的,這個或許是一個最佳的方案。


航空視界


打眼一看,F-22和蘇-57採用的進氣道都是加萊特進氣道(CARET),可實際上有著本質的區別。

加萊特進氣道(CARET)的正式名稱為“雙斜切乘波進氣道”,屬於三維乘波體系進氣道的一種,其典型的外部特徵就是進氣口類似平行四邊形的斜型,看看下圖中的F-22就知道了。

F-22之所以採用這種進氣道,是因為當時是最適合隱身的,而F-22堪稱首款隱身四代機,所以為了隱身的需要才選擇了這種進氣道,這也是沒有辦法的辦法,當時的技術只能做到這樣了。

但是後來美國又發展了更先進的蚌式進氣道(DSI),結構重量大幅減輕,所以F-35就採用了這種進氣道。中國也突破了DSI進氣道技術,而且比美國的更先進,所以,我們看到中國的很多飛機都採用了DSI進氣道,除了殲-20外,還有殲-31、殲-10B/C、梟龍、山鷹改進型等。

至於蘇-57,由於俄羅斯沒有突破DSI進氣道技術,所以仍然沿用了類似加萊特的進氣道,不過又有所創新,增加了機翼前緣可動邊條,巧妙地充當了進氣道的可調諧板。所以,蘇-57的進氣道相當於可調節式的,而F-22的進氣道是完全不可調節的。


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