為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

在一些著名的航展上,大家都會看到一些常見的現象,那就是各國都會拿擋板將自家戰機的發動機進氣口給遮擋起來,這一舉動除了保護寶貴的發動機外,最大的動機恐怕就是防止自家先進戰機效能的外洩,那麼一個小小的發動機進氣口中究竟隱藏著什麼呢?

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲發動機進氣口被遮擋起來的美軍戰鬥機

在活塞螺旋槳時代,戰機對於空氣量的需求並沒有那麼大,所以那時候的戰機並不重視進氣口的設計。而到了噴氣機時代,噴氣式發動機需要吸入大量的空氣來滿足正常飛行。就拿上圖的F-22戰機為例,每秒需要吸入空氣140千克,在標準大氣壓下需要消耗114立方米的空氣,想象一下F-22一秒要吸光一個長寬各為1米、高114米立柱的空氣,由此可見進氣口對於戰機的速度起著至關重要的影響。然而這還沒有完,考慮到阻力的問題,戰機的進氣口不可能做的很大。而且戰機在飛行過程中速度是不固定的,比如在起飛階段和超音速巡航階段,進氣口處的氣流速度是完全不同的,進氣量也就各不相同。

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲還有一個奇葩就是米格-25戰機,米格-25在超高音速飛行時進氣口表面會因為摩擦變得極熱,這樣一來空氣會因為受熱膨脹變得稀疏,進氣量就會變少。老毛子的解決辦法很奇葩,在進氣口處加個噴頭來冷卻空氣,而冷卻劑就是工業酒精,聽說這些酒精有不少流到了地勤人員的肚子裡面,不知道是不是真的

如果速度太快進氣量太多,發動機則會出現“喘振”的現象,所以這時候就需要一個孔來放出這些多餘的空氣;相反,如果速度太低進氣量太少,發動機的推力則會不足,這時候則需要另一個孔來輔助進氣道吸入更多地空氣。這還不算完,空氣在從進氣口進入進氣道的過程中速度應該是個遞減的過程(同時還要保證氣體壓力足夠大),而且在空中做各種機動動作時,進入的空氣有時候紊亂,有時候正常,這些都是需要調節的(以上這些基本指超音速噴氣機)。所以現代噴氣機的進氣系統需要考慮到各種各樣的因素,並找到一個最平衡的狀態,如今的進氣系統早就脫離了發動機成為了一個獨立的技術分支。現代戰機的進氣口也就逐漸成為了判斷戰機效能的重要途徑,各國對進氣口和發動機能力之間的研究也逐漸被重視了起來,下面我就從型別和結構兩個方面來粗略的談談戰機進氣口。

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲最明顯的就是殲7戰鬥機前部的輔助進氣孔和放氣孔,此外還有上下開口的放氣孔和輔助進氣孔,比如下圖F-15戰機的結構示意圖

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

戰機進氣口型別

早期噴氣式戰鬥機的進氣口一般都開在機頭,空氣直接透過機身內部進氣道進入尾部的發動機,可是隨著雷達技術的發展,機頭的位置必須預留出來,同時越來越多戰機的發動機也被移到了機身下方,所以進氣口和進氣道也就移到了機腹和機身兩側,但是這樣一來增加阻力的同時,還會使進入的空氣因為氣動佈局的變化而變得不平穩,而且機身兩側進氣口布局還會帶來發動機氣流分佈不均勻的問題。下面就以圖集的形式介紹一下進氣口的型別:

按照進氣口形狀

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲圓形進氣口,比如著名的F86、Me262等,這種進氣口多用於機頭進氣,所以如今在軍用領域很少見

▲長方形或者類似長方形進氣口,這種形狀的進氣口就比較常見了,比如su-27系列、F-15等,這種進氣口進氣量高而且還便於製造,應該是現如今最常見的

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲半圓形進氣口,最著名的就是法國的幻影2000系列,這種進氣口進氣量最多,但是製造難度較大,並不是很常見

按照進氣口位置

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲機頭進氣,比如早期的米格15、F86等一眾噴氣式戰鬥機,這種進氣方式阻力小,效率高,但是佔用的空間較大

▲機腹進氣,著名的比如F-16、颱風等,這種進氣方式多用於單發輕型戰機,這種戰機在大迎角飛行時進氣效率下降,為了解決這一問題,很多戰機的進氣口都是一個傾斜面,比如米格25,F-15,蘇-27等

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲機身兩側進氣,比如F-4、米格31等,這種進氣方式存在盤旋時左右進氣量不相等的問題,現如今基本被淘汰了

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲下頜進氣,比如A-7攻擊機、F-8“十字架戰士”戰鬥機等,這種進氣方式是機頭進氣和機頭雷達的矛盾產物

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲背部進氣,最著名就是F-107A戰鬥機,由於機頭雷達罩和下顎進氣口產生的氣流會干擾機載武器的發射與投放,所以設計師就將發動機移到了飛機頂部,後來該專案被取消,就是不知道飛行員彈射是會不會有危險

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲翼根開口處進氣,最著名的就是F-105對地攻擊機,為了具備更強的高空低空高速突防能力,該機採用了大後掠角薄機翼,機翼根部進氣的設計,作為美軍史上最大的單發單座戰鬥機,該機機動性極差,在越戰中損失慘重

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲翼根下方進氣,比如SU-27、米格29等,這種進氣口與發動機有較長的平直段,可以提高氣流的穩定性,而且在大仰角機動下進氣效率較高,翼身融合技術也可以極大地減少空氣阻力

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲機翼上方進氣,比如B-2、F-117等,因為機翼上方進氣可以大幅減少地面雷達發現戰機的機率,所以大量應用於隱形戰機,但是在大仰角機動下進氣效率極其低下,所以只應用於隱身轟炸機

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲發動機艙直接進氣,大量應用於翼下吊裝發動機的軍用、民用飛機,一些早期的噴氣式戰鬥機(Me262)也採用這種結構,最大的優點就是技術難度和成本較低,不過結構強度差,阻力大,不利於進行高難度機動

戰機進氣口結構組成

戰機進氣口最前端的邊緣被稱之為“唇口”,在不同的飛行速度下進氣口氣體的流態是完全不同的,在靜止狀態下空氣是可以從四面八方流入的,於是進氣口的形狀最好就是“喇叭狀”,也就是唇口特別的鈍。但是隨著速度的提高,這個唇口會變得越來越利,就像一把鋒利的刀子,這也就是題目說到的看進氣口猜測戰機最大速度範圍的由來。

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲舉最極端的兩個例子,米格-25和海鷂戰鬥攻擊機,米格-25因為是超高音速飛行,所以它的唇口很薄很利,這樣一來激波阻力就特別的小。然而海鷂是亞音速戰鬥機,有時候還會垂直起降,在垂直起降時為了便於空氣像喇叭一樣從四周吸入,唇口就很厚很圓。至於激波阻力什麼的也就跟海鷂這種亞音速戰鬥機沒啥大關係了,只要進氣量足就行

前面也說過了,進入進氣道的空氣最好是低速高壓的(0。4到0。7馬赫之間,高壓是為了加大發動機推力),可是當戰鬥機超音速飛行時進入的空氣也是高速氣體,這時候就需要一個調節結構,比較常見的有兩種:以米格21為代表的進氣調節錐(其實DSI進氣口的鼓包也起到了進氣調節錐的作用)和以F-15為代表的進氣調節板(F-15在靠近機身上方有一個調節板,米格-25則是在下方有一個調節板)

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲米格21機身前段的進氣調節錐

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲F-15兩側進氣口上端的進氣調節板

調節錐和調節板在戰機超音速飛行時會形成“激波”,氣體經過這道激波時就會達到低速高壓的要求,在戰機的飛行速度沒有超過1。6馬赫時調節錐和調節板是固定不動的,如今很多的超音速戰機調節錐和調節板是可以活動的,以F-16為例,因為沒有活動調節裝置的原因,其最高航速始終突破不了1。8馬赫,但是這樣一來可以免去一套複雜的調節裝置,這對於F-16這樣的輕型多用途戰機來說也並不完全就是一件壞事。戰機可以透過改變調節錐的位置或者是調節板的角度,可以在不同速度下形成合適的激波,同時還可以控制進氣口的橫截面積,從而控制進氣量和進氣狀態,這樣就可以最大限度的發揮發動機的效率。

為什麼各國的戰機都把發動機進氣口給遮擋起來?這個鍋我們不背!!

▲雖然有些戰機沒有附面層隔板,但是它的進氣口和機身一般不是緊貼在一起的

此外在現代很多戰機上都會有一層附面層隔板,就是在進氣口和機身中間加一塊隔板,在戰機飛行的過程中,流經機體表面的氣流會因為空氣黏性的影響從而形成一層薄薄的減速氣流,這就是“附面層”,附面層隔板的作用就是避免這股低速氣流進入進氣口從而影響發動機的工作效率。說到這裡就順道提一下DSI進氣口,DSI進氣口裡面的那個鼓包不僅可以充當調節錐形成激波,還可以避免附面層形成的低速氣流進入進氣口,最後還可以起到隱身的作用。舉個最簡單的例子那就是我國的殲-10戰機,從被網友們笑談的“搭鳥窩”進氣口到最先進的DSI進氣口,不得不說是與時俱進。

頂部