03.07 按理说,世界航空强国也不少,为何只有中美两国飞机研制DSI进气道,这项技术难在哪?

用户8524277607069


看似简单的一个包,内有乾坤大不同。

战斗机进气道是飞机发动机所需要的空气进气口和通道,进气道的设计是战斗机设计的关键,而整个飞行包线内,战斗机由于速度和高度,发动机空气流量变化很大,因此战斗机进气道必须为发动机提供足够的和高质量的空气,保证发动机拥有大连可以燃烧的动力,保证压气机和燃烧室的正常工作。

为了保证战斗机进气道拥有合适的进气口,各国采取的办法是不同的,而中美两个国家却在五代机上走到了一起!不论是歼-20,还是美国F-35战斗机都采用了DSI无隔板进气道,DSI进气道也被称为“无附面贴层进气道”,其主要特点是结构简单,可以进行调控进气道幅度。除了歼-20、F-35战斗机,JF-17 枭龙战斗机、歼-10B、歼-10C也采用了DSI进气道设计。这种设计主要是考虑在超音速飞行侠,鼓包对进气道流量的控制。

从客观来说,DSI进气道设计从技术角度来看并不难,只是各个国家采用解决进气道进气量的方式和方法不同。世界第一架采取DSI进气道的是F-16战斗机,美军为了给F-35战斗机试验,所以在F-16战斗机身上加装了DSI进气道,这架验证机被命名为F-16DIS。随后美军在F-35战斗机前身X-35战斗机开始大规模使用DSI进气道。

隐身战斗机选择DSI进气道除了可以调节进气量,最为重要一点,就是DSI进气道可以在一定程度上遮挡发动机叶片也进气道,这两个地方都是雷达波吸收最厉害的地方,DSI进气道可以进行一定的遮挡,这样不仅可以降低雷达的可探测性,而且降低了制造成本和重量。为什么只有中美愿意选择DIS进气道?这是因为全球这只有中美开发了五代机,并且十分重视机动、隐身能力,DSI进气道最大特点就是隐身能力提升,对抗隐身战斗机的空战方面也提升,更加能够使用未来的战场环境。

根据歼-20得到的技术发展,我们有提升了歼-10B/C和枭龙战斗机,保证了中国空军战斗机技术得到进一步发展和提升。

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军事天地


俗称“蚌式进气道”的DSI进气道,中文名称很长,叫做“无附面层隔道超音速进气道”,由洛马公司呕心沥血,耗费近十年时间才研发成功,并在一架F-16战斗机上完成测试实验后,才正式运用到F-35隐身战机上。

和传统的采用附面层隔板的二元三波系进气道、二元四波系进气道等隔板进气道相比,DSI进气道有着结构非常简单整洁、结构重量轻、速度适应范围大、阻力小、隐身性能好等诸多优点,是目前最先进的进气道设计方案,在隐身战机上的应用优势尤为明显。

中国虽然在DSI进气道领域的研发时间比较晚,但是后劲十足。中国首架采用DSI进气道设计的战机就是“枭龙”的04号原型机。从这个时候开始,中国的很多新型战机都应用上了“高大上”的DSI进气道。

目前中国有歼-20隐身战机、歼-10B/C、歼-31、教练-9等数款战机都采用了DSI进气道设计,从应用机型的范围、数量等方面来说,中国在DSI进气道领域的应用能力已经超过美国了。特别是当歼-20隐身战机的DSI进气道曝光后,可以肯定中国在DSI进气道领域的水平已经是顶尖了,因为歼-20隐身战机采用上下位置不对称的、前端更尖锐的特殊鼓包设计,设计难度极大,背后所隐含的中国空气动力学设计功底可见一斑。

而在中国已经把DSI进气道设计技术“下放”到教练-9这种高教机上时,除美国以外的其他国家在设计隐身战机时,往往都还是采用传统的进气道设计,实际上目前完全掌握DSI进气道技术的国家仍只有中美两国。

DSI进气道看起来非常简单,无非就是取消附面层设计,取而代之的是进气道前面多了一个固定鼓包,似乎没有什么技术含量。其实,魔鬼往往藏在细节中,当一个国家真正开始研发DSI进气道时,就会发现处处是难题,鼓包位置放在哪里?弄多大?弄什么形状?用什么材料?

这些都是难题,都伴随着巨大的门槛,需要一个国家拥有极高的风洞试验实力和材料加工实力做支撑,这恰恰是中美以外的国家都比较薄弱的,所以它们研发设计DSI进气道时就非常有难度。


科罗廖夫


你这个问题问的,把美国人鼻子都气歪了,美国发明的高大上的蚌式进气道,美国刚显摆了两天,就被中国弄成了白菜价!

蚌式进气道重量轻,隐身性好,比传统的加莱特进气道能轻150公斤左右,在寸地寸金的战斗机身上,那可是大成就。

蚌式进气道看着简单,不就是一个鼓包吗?那里面可有大文章?那是从风洞中,计算中,材料中做出来的,越简单越复杂,是真正的辩证关系。

看一看其他国家的模型都不用DlS蚌式进气道,你还不明白吗?难!



大志远思想空间


DSI进气道的优势和概念就不在多说了,或许很多人都认为最先使用DSI进气道的战机是枭龙战斗机。其实不然,最先使用DSI进气道的战斗机是F16。美国于上世纪90年代开始研究DSI进气道,并将其装在F16战斗机上进行了实验。事到如今,只有我国的歼20,歼10B/C,枭龙战斗机和美国的F35战斗机使用了DSI进气道。

这就足以说明,DSI进气道的研制难度是极大的。

想要研制成功DSI进气道,卓越的空气动力学和超级计算机以及计算流体力学是不可或缺的三个条件。其实DSI进气道并不只有那一个凸起的鼓包而已,还有进气唇口和机首。而鼓包是DSI进气道设计及制造最难的部分。别小看这个曲面鼓包,其曲面的复杂程度超乎想象,没有强大的超级计算机,那是根本不可能完成设计的。此外,战斗机的机首还要进行预压缩,进气道唇口的设计等都不是简单的事情。可以说,DSI进气道是与战斗机一体设计的,并不是单独的个体。也就是说,只有能够独立研制战斗机的国家,才有实力研究进气道。

既然是进气道,那自然就要进行吹风了。风洞也是制约其他国家不具备设计制造DSI进气道的重要原因。战斗机的飞行速度从0马赫—2.5马赫。而DSI进气道在这个速度内的表现如何,就需要通过吹风来研究。风洞也不是随便哪个国家就能建造的。目前来说,风洞比较完整的就是中美俄三国。所以说,中美两国的DSI进气道率先投入使用也在正常不过了。


其实,我国无论是在DSI进气道的研究,还是应用都走在世界前列。我国新研发的DSI进气道在速度为1.8马赫时,总压恢复系数为0.91,在速度为2马赫时,总压恢复系数为0.87,要比一般的三波系进气道好。歼20极为注重超音速机动性,而我国的DSI进气道在1.8马赫时得总压恢复系数又极高,十分适合歼20。(图片来自网络)


江山何沉


DSI进气道技术,从1990年代提出来到论证、再到实际应用才不过短短的20多年时间。

是喷气式发动机技术出现后的又一次跨越式技术进步,DSI进气道技术仍然喷气式发动机进气道前沿科技。

喷气式发动机出现初期、发动机进气量、飞机速度也不高、就那么简简单单一个圆圆机头进气、但是,航空科技的不断发展、飞机的飞行速度(尤其是战斗机) ,对发动机和进气要求越来越高……

为此航空科技人员开发出来许多类型的进气道技术满足飞机的不同高度、速度的发动机进气道……


(带固定附加隔层的腹部进气道)

1990年代“洛克希德.马丁”公司首先提出来、研究超音速进气道先进技术概念技术(DSI)。

〔DiverterIess.Supersonic.lnIee〕-无附面层隔道超音速进气道。也叫“鼓包”式进气道。
(DSI“蚌”式进气道)


在进气口前沿由计算机模拟计算出根据不同速度的发动机进气需要、设计出一个自由扩张、缩小的“鼓包”、提前对进气气流进行压缩、这种设计减少了过去进气道附加的调节隔板、结构简单高效、重量大幅度减轻、阻力减小、隐身效果佳等特点明显。
(老式进气道附加的可调节隔板、操作系统复杂、结构重量大、无法满足隐身需要)

DSI技术是随着“计算流体力学”(CFD)技术水平的不断提高、结合了计算机技术、利用计算机建模工具技术,实现DSI技术。

迄今为止DSI技术仍然前沿科技项目。

(DSI进气道技术在美国五代机“F-35”联合攻击战斗机上成功应用)


(中国也突破了DSI进气道技术,并且掌握了该〔核心技术〕。在新型多种型号的飞机广泛应用)

只有中国、美国实际拥有和掌握了DSI核心技术并且成功应用这一技术的国家。

这项技术难度系数相当大、设计DSI“鼓包”需要极高的“空气动力学”以及计算机技术、精确制定设计模型和模拟验证、对金属材料的精加工、复合材料的应用都是相当大的考验。

这就是DSI技术难度……


孔乙己乱弹


所谓DSI进气道的全称为三维鼓包式无附面层无隔板超音速进气道,相对来说,传统进气道就是有附面层有隔板进气道。传统进气道之所以这样设计,主要原因在于飞机在超音速飞行状态时,气流因为粘滞作用会在机体表面形成一层滞留层,这层气流的流速较慢,进入进气道后会削减整体进气速度,与其他气流混合后会对发动机形成冲击,导致发动机喘振,影响飞行安全。

如果要消除滞留层的影响,只能通过改变进气道位置或者优化进气道结构才能完成。在一代喷气式战斗机时代,采用最多的就是简单粗暴的机头进气方式,而随着电子设备的不断增加,机头进气很快就被淘汰了。目前二代和三代战斗机通常采用的安装两侧进气道或者机腹进气道,为了减少机体表面滞留气流的影响,通常会在这些进气道与机身表面留出一个空隙,并用隔板隔离,而在进气道内部还会安装附面层,用于引导滞留层气体排气,加速进气效率,这就是所谓的传统进气道。

▲F22的传统机侧隔板进气道

传统进气道虽然比机头进气要先进,但其实也不是上上之选,由于加装了进气隔板、附面层、排气装置等,传统进气道让飞机平均增重达到300千克以上,降低了飞机的机动性和挂弹能力。同时这些复杂的结构也让飞机的雷达反射面增加,降低了飞机的隐身性能,增加了空战中暴露的危险。21世纪以后诞生的四代机中只有俄罗斯的苏57采用的依旧是传统的隔板进气道,这也让许多人对它的隐身性提出了质疑。
▲苏57进气道特写

而DSI进气道是如何消除机体表面滞留层的呢?其实方法很简单,无非就是在进气道口设置一个鼓包,用这个鼓包来改变气流的运动姿态,加速其流动速度,从而消除滞留气体的影响,达到同传统有进气道同样的效果。由于无需安装隔板、附面层、排气装置,DSI进气道不仅能够减少数百千克的重量,还可以提高飞机隐身型,是目前最为尖端的航空黑科技技术。全世界DSI进气道技术最为成熟的是我们中国,不仅四代机歼20、三代机歼10采用了DSI进气道,就连二代半的出口型枭龙战斗机都安装了这一黑科技装置。而美国在F22和F16上都没有使用DSI进气道,只在21世纪以后研制成功的F35上才安装了DSI进气道,其进度已经相对落后。


DSI进气道看似简单,只是用一个鼓包来代替传统的隔板以及附面层,但是这个鼓包的大小、弧度、安装位置必须通过精确的风洞试验、积累大量的数据、进行各种纷繁复杂的计算以后才能够确定,稍有误差就可能让飞机整体气动布局毁于一旦,甚至造成严重的安全隐患!所以光是设计这么一个简单的DSI鼓包,没有强大的风洞实验室,没有扎实的流体力学基础,没有先进的超级计算机水平,是根本搞不定的!再者,DSI进气道目前多采用的先进的复合减重材料制作而成,必须集高强度、耐热、耐腐蚀等多种性能于一体,没有强大的材料科学和工业配套体系,给了你所有数据,你又能造出成品吗?


军武吐槽君


要利用DSI技术必须满足三个基本条件:大量资金、风洞群和足够多的超级计算机,它就是风洞吹,吹完后在超算上改,然后继续在风洞里吹,周而复始,期间花掉大量的钱。俄罗斯有风洞群,但缺钱、缺超算。欧洲有风洞群,但没钱,超算紧张。日本没风洞群。印度只有钱。其他国家自动忽略。


新类型人


一般这种问题的正常回答流程是这样:

这玩意原理很简单。

关键是要吹大量的风洞来堆数据。

现在战斗机都是超音速。

所以需要吹超音速风洞。

问题是超音速风洞目前能造出来的也只有五常和德国瑞典意大利日本(不是指高超音速风洞,那玩意儿只有中美玩得起)。

然而这些其实也都不是问题。

其实真正的问题是研究一款新的四代机太TM烧钱了。

穷是最大的问题。。。

除了中美各国已经很久没有新货出场了。

哪怕是毛子的四代机也就是一个拍扁的27姬。。。

而大家大量装备的三代机和三代半开始研发的时候,蚌式进气道这个天赋点还没被洛马点出来。。。



满船清梦压熙和


难度其实对航空大国都一样,但适不适用却取决于你对飞机设计时的要求,DSI其实就是把进气道的调节板功能做到了机身上从而减轻重量。而俄罗斯设计飞机要求的就是制造简单高效,发动机进气口直接在机腹,靠调节板调节气流,优点是充分利用了发动机能力,在超音速状态下能获得更大动力和机动性,缺点是结构复杂隐身性能差。而DSI结构简单重量轻隐身性能好,缺点是高速飞行时不如机腹进气,制造工艺难度大,但现在都是碳纤制造,难度已经大大降低。因此,两者没有谁先进谁落后的说法,只是设计理念的取舍。


浪漫的禄来福来


技术再难都是有可能被攻克的,关键是要看国家是否舍得下血本。欧洲国家做不了,并不是技术不行,是由于商业化考虑,觉得没必要做。


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