隐身飞机的进气道
晨枫
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F-22 代价之高昂,连财大气粗的美国都感到承受不起,于是作为高低搭配中低端的 F-35 应运而生。F-35 的隐身和机动性要求都比 F-22 放松不少,超巡要求索性放弃,所以飞机的设计也相应简单。F-35 采用了先进的 DSI 进气口(意为无分离板超音速进气口,Diverterless Supersonic Intake),巧妙地采用一个复杂形状的鼓包,将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二,引向进气口两侧的边角泄放,而不影响主要的“干净”气流层稳定地进入发动机。这样,DSI 避免了边界层分离板,避免了前向隐身的一大隐患。机侧进气和单发也自然地保证了 Y 形弯曲进气道的要求。DSI 进气口在进气口的局部设计比较复杂,但对整机的影响没有 Caret 进气口或 YF-23 那样的吸气式边界层分离来得大。但 DSI 据说最优范围较窄,不适合兼顾超巡和高机动的要求。
F-35 的机侧进气口有一个很有特征的鼓包,这就是 DSI
这是计算流体力学对 DSI 的仿真 落选的 X-32 的进气口采用了所谓雷达屏障来达成隐身。这是像整流片一样的一组可动叶片。完全开启时,气流和雷达波都可以顺畅地进入进气道,完全关闭将使发动机窒息,当然不可以。但部分关闭,可以使入射的雷达波的大部分被叶片遮挡,剩余的漏网之鱼必须偏转一个角度才能进入内进气道,在返回入射方向时,大部分再次被遮挡,只有漏网之鱼中的漏网之鱼才能逃逸回去,大大削弱有效回波。内进气道的壁上涂敷吸波材料,进一步削弱有效回波。屏障片关闭的程度可由任务和威胁程度来决定,平时可以打开,以改善发动机的工作条件和节约燃油;高威胁时关闭,以增强隐身。这个设计首先被用在 F-18E 上,这也是 F-18E 敢于称为“半隐身飞机”的主要原因。由于进气口位置十分靠前,机头结构引起的边界层问题不大,所以 X-32 只约略在机头下部采取了类似 DSI 的措施,但没有过于下功夫。真正机头进气的米格-15 到 21 根本不用对边界层采取任何措施,这也是早期单发战斗机采用机头进气的一个重要原因。
X-32 的进气口差不多就相当于机头进气了,看起来好像敌人雷达可以对发动机一览无遗的样子,但里面隐藏着一个秘密:雷达屏障
面对这样一个雷达屏障,雷达不能一目了然地看到发动机的正面,漏网的电磁波最终也大半被“陷”在屏障的背面,只有很少能够逃逸。这个雷达屏障是 F-18E 上的,意思是一样的 F-117 那样的雷达屏蔽格栅比较简单,用于低性能飞机比较合适。B-2 的翼上进气口的隐身最好,尤其对地面防空雷达,但不适于高性能的战斗机,拉大迎角机动时,进气稳定性很难保证。F-35 的 DSI 用于对已经大体定型的飞机的隐身修形比较好,枭龙 04 就采用了 DSI。DSI 当然也可以用于新飞机。X-32 的雷达屏障也是一样,但对发动机性能有所损失。机头进气也恐怕对不需要座舱的无人机和巡航导弹更合适,这样可以缩短机头进气口 到发动机的距离。F-22 的 Caret 进气口适合于高机动和超巡,在性能上超过 DSI,更是遥遥领先于雷达屏障。但 YF-23 的吸气式边界层分离最为先进。不知道能不能将吸气式去除边界层和辅助进气结合起来,飞机上的发电机、空调系统有独立的进气口,如果和吸气式去除边界层结合起来,岂不一举两得? |
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