喷气时代

喷气式飞机的发动机工作需要吸入大量空气，依靠空气中的氧气来进行燃烧，。在航空史上，对于飞机发动机进气口的设计，经历了一个十分漫长的过程。从最早期的机头进气，到后来有了激波锥，再到后来的附面层隔板进气道，到可调隔板进气道，最终演变成了现在的DSI进气道，经历了一个极其漫长的过程。

F-22战斗机的加莱特进气道，纯机械时代的设计巅峰

在这一过程中，载人航空器突破了音障，又接连飞行到了两倍音速甚至三倍音速。在这期间，进气道也完成了一次又一次的进化。进气道的发展，从战后的第一代喷气式战机开始，经历了十分漫长的过程，今天咱们就来盘点一下，各个大国对于进气道的研究工作。

吞云吐雾的米格-9

第二次世界大战结束后，各国都展开了战后第一代喷气式战机的研制工作。二战期间，德国研制了历史上第一种批量装备部队，参与过实战的喷气式战斗机ME-262。战后，同盟国获得了大量德国的技术资料和研究人员。再加上各国在二战期间都曾对喷气式发动机展开过研究，所以二战刚刚结束，美国和苏联就拿出了自己的喷气式战机作品。

米格-9战斗机机头的那门37mm机炮开火的时候，会产生大量的烟雾，导致发动机喘震甚至停车

由于当时技术上的限制，第一代喷气式战机基本上就是活塞式战斗机塞入了一个喷气式发动机，例如苏联的米格-9战斗机就是如此。人们当时还没有意识到，进气道吸入的空气会对发动机的工作产生巨大的影响，面对好不容易腾出来的机头空间，米高扬设计局兴奋的在机头正中间塞进了一门37毫米机炮。

中国空军也曾短暂装备过米格-9战斗机

然而这一设计却给飞机发动机造成了严重的问题，这门机炮一旦开火，产生的烟雾会整个吸入发动机内，造成发动机喘震甚至直接熄火。正因如此，在后来的米格-9M上就将这门机炮移动到了机身右侧。总的来说，米格-9并不能算是一款成功的战机，该战机从1947年正式投产到1952年全部退役，服役期仅有短短的几年，十分的短命了。

超音速时代来临

战斗机接近音速时产生的“音爆云”就是因为空气被压缩产生的

1951年，,NACA(NASA 的前身)物理学家亨利·艾伦发现，在大气层中高速飞行的航天器前端会对前面的空气产生非常强烈的压缩。飞行器的速度越快，这种效应就更加的明显。飞机的速度接近音速时，飞机前面的空气会被压缩成一堵厚厚的墙，导致阻力急剧增大，飞机接近音速时产生的音爆云就是这样产生的。

各种进气方式对飞机阻力的影响，可见激波锥确实能够减少飞机的阻力

这种阻力一方面会导致飞机难以跨越音速，另一方面也会导致飞机机身温度急剧升高，损坏机载设备。为了减少飞机高速飞行时的阻力，并抵消阻力和温度带来的损害，战后许多飞机上都安装有激波锥。激波锥使得飞机机头面对阻力的面积变成了一个点，同时流经激波锥的空气在压缩的同时流速也会变慢，而空气摩擦产生的高温也会在流经机身之前消耗殆尽。所以战后许多强调高空高速性能的二代机都安装有激波锥。同时激波锥也为飞机安装雷达提供了空间。

随着雷达越来越大，激波锥设计也越来越夸张，图为米高扬设计局的E-150系列验证机以及苏联的高速截击机方案

难缠的附面层

随着飞机的速度越来越快，另一个问题也严重的影响了进气道设计，这个问题就是附面层产生的问题。该问题早在1904年8月12日就在德国海德堡举行的第三届国际数学家大会被定义，因为空气是有一定粘性的，在高速飞行状态时，靠近机身的空气会附着在机身上，其速度趋近于零，而这些空气又会粘附更外一层的空气，更外一层的空气又会粘附下一层空气，这样就导致空气在飞机表面形成了一个低速层。

流经圆柱体产生的附面层

此前机头进气的飞机，由于进气道就在机身正中间，所以不存在附面层问题。机头进气方式逐渐被淘汰后，为了进一步减少机身阻力，最后一批二代机和三代机大多都将进气道移动到了机腹和机身两侧，附面层的问题就在这时凸显出来了。一旦飞机的发动机吸入了这种流速较低的空气，速度和密度都不均匀的空气会导致发动机发生故障甚至停车。

米格-23战斗机的附面层隔板

为了解决这一问题，许多战机的进气道都与机身保持了一定的距离，而且进气道前还设计了一道附面层挡板。这一设计最显著的案例就是美国的F-4系列战斗机，苏联的米格-23/27家族战斗机，以及中国空军的歼-8战斗机，而且这三种飞机的进气道设计都十分的类似，都采用进气道隔板来隔开附面层，避免低流速空气吸入发动机中，对发动机造成损坏。当然了，也有采用激波锥替代进气道隔板的，例如法国的幻影-2000战斗机，注意幻影-2000战机的进气道也与机体有着一定的距离，以隔开附面层的空气。

幻影2000战斗机的进气道，混合了附面层分离和激波锥两种特征

三马赫的“飞行酒馆”

而在冷战时期的米格-25战斗机可以算的上是冷战中高空高速战斗机的巅峰之作了，该战机的最大速度高达3.2马赫，最大升限高达2.5万米。在这样大的速度下，空气与机体摩擦产生的温度高达三百多摄氏度。本来两万米以上的高空空气就够稀薄了，因为热胀冷缩的原理，加热后的空气会变得更加的稀薄，两台发动机需要大量的新鲜空气才能迸发全部的威力，所以必须使得发动机吸入更多的空气，才能让燃料充分燃烧。

前无古人，估计后也没有什么来者的不锈钢巨鸟米格-25

要想让发动机吸入的空气更多，就要增大空气的密度，降低高速下吸入空气的温度。对此，苏联专门在米格-25的进气道中安装了喷淋设备，喷洒酒精来降低吸入进气道内的空气温度，以此来增加发动机的进气量，每次米格-25执行任务都需要消耗200升的酒精，这也使得米格-25获得了一个“飞行酒馆”的绰号。甚至有许多酒精都被贪杯的苏联飞行员喝进了肚子里，所以，当时苏联空军中，米格-25是飞行中队中最受欢迎的飞机之一。后来以讹传讹，才说成了苏军飞行员喝发动机防冻液。

米格-25进气道内的酒精喷淋设备

“侧卫”家族的进气道设计

而到了后来的三代机中，为了避免阻力，又将隔板塞进了进气道内，例如我们熟知的SU-27战斗机，其发动机进气口就利用内置的隔板隔开了附面层。不仅如此，苏-27的发动机进气口以及两个发动机之间的空袭，还能够起到抑制气流展向流动的作用。

苏-27战斗机的进气道设计，隔离附面层的同时还抑制了气流的展向流动

在后掠翼飞机上，气流会沿机翼向外流动，这种气流难以产生升力。解决气流展向流动的方法一般有几种，最简单的就是加装翼刀隔开展向流动的空气；利用鸭翼产生的涡流抑制气流展向流动；利用导弹挂架充当翼刀；或者是利用前翼襟低垂时或可变后掠翼变形时，机翼上的突起产生的涡流。而苏-27的设计就很高明，利用进气道之间的空间抑制空气的展向流动。但这样的话，在两具发动机之间会产生一个低压区，为了抵消高速喷流在尾部产生的低压区。苏-27还在发动机之间加装了一个尾椎，尾椎内则是安装减速伞和干扰弹的地方。

长长的尾椎是为了抑制了发动机喷流之间的低压紊流

机械时代的巅峰

苏-27的进气道设计十分的成功，而另一端的美国也捣鼓出了另一种成功的进气道。这就是加莱特进气道，大名鼎鼎的F-22战斗机使用的就是这种进气道。加莱特进气道利用超音速飞行时产生的激波压力压缩空气，在进气道隔板分离激波后，将加压过的空气吸入到进气道中，同时经过激波的气流还会被激波减速，速度变均匀，这种流速均匀而且密度较大的空气，对于发动机极为有利。

F-18“超级大黄蜂”使用的加莱特进气道

不过，加莱特进气道仍然有一定的缺点，由于仍然有挡板，加莱特进气道的隐身性能并不优良。同时，加莱特进气道的结构十分复杂，重量也较大，所以目前只有美国的F-22和F/A-18战斗机，以及俄罗斯的下一代苏-57战斗机这种推力巨大的飞机，才使用了这种进气道。

苏-57的加莱特进气道设计的并不成功，放大可见仍然有密密麻麻的附面层吸附孔

隐身时代的DSI进气道

随着大型计算机运算能力的增加，以及丰富的风洞实验数据积累，一种逐渐趋于完美的进气道在现代飞机的设计上大行其道，这就是大名鼎鼎的DSI进气道，DSI进气道的中文全称为“三维鼓包式无附面层隔道进气道”，它采用了一个精密计算的鼓包取代了之前发动机内的可调节板，这个鼓包不仅能够起到压缩气流的作用，抵消附面层的影响，同时还能够使得进入发动机的空气密度更大，进气量更多。

DSI进气道上的鼓包替代了附面层隔板和激波锥的作用

取消发动机内的可调节板后，不仅能为飞机减重，同时还能够降低阻力。机身正面的隐身能力也有所提升。所以目前美国的F-35，我国的歼-20和FC-1枭龙战机，歼-10B等许多飞机都使用了这种DSI进气道，像是FC-1枭龙战机，使用DSI进气道后，甚至连排出附面层空气的放气门都取消了，可见DSI进气道确实是一种理想的进气道。

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