蘇27、蘇30、蘇35的進氣道為什麼都是方方正正的,不能圓滑一點嘛

chinanewsdaily     2018-02-13     檢舉

對於這個問題,簡單來說就是當時人類的計算能力跟不上!也許你會奇怪啊——跟計算有啥關係啊?!但是我告訴你,從根子上來說就是(流體力學仿真)計算能力的問題。

舉個例子說:第一代隱身轟炸機F117為啥是那麼奇怪的多棱多面體設計呢?明明知道這樣的外形氣動性能應該是個渣是吧?這甚至不需要試驗就能知道的結論。但事實就偏偏選擇了這個奇怪的外形!原因無他:就是當時的電磁輻射仿真計算能力只能計算出這個多面體類型的模型。而連續曲面的電磁輻射計算則需要強大得多的計算能力才能在數學上解決這個問題——這也是為什麼B2轟炸機採用連續曲面飛翼造型的原因:那會兒美國人解決了計算能力問題!

回到進氣道形狀的問題上,早期的噴氣式飛機進氣道形狀五花八門什麼形式的估計都有,這個一方面是因為那時飛機速度沒有超越音速,所以不存在對進氣氣流進行減速的問題;另一方面也是因為速度不夠快兼發動機進氣流量不大所以對於附面層氣流、發動機喘振等問題暴露不明顯。等到飛機發展到超音速時代,進氣道的第一個問題就來了:如何將進氣氣流的速度降低至音速以下?原因就如前面有人說的——人類尚不能解決在超音速氣流下持續穩定燃燒的問題(到目前為止都還沒有徹底解決,目前高超音速衝壓發動機之類的只能在很簡單的飛行模式下穩定工作,在稍微大一些的機動飛行動作情形下產生的氣流畸變就會破壞燃燒條件)。

在剛剛超過音速的時候,進氣道通過簡單的收縮——擴散就能基本解決這個問題,但是當馬赫數超過2時(兩倍音速),收縮——擴散就解決不了問題了(因為體積太大)!怎麼辦?於是有人想到了利用超音速氣流產生的激波來減緩氣流速度,所以大家就看到了激波錐(米格21、幻影3/5等)和矩形進氣道加附面層隔板(F-4鬼怪、SU-15、殲八二等)這兩種經典進氣道。這兩種都是一元激波進氣道設計,也就是在設計時只考慮進氣道截面一個方向的激波(一個維度激波,對於激波錐,由於是圓周對稱,所以在數學上可以作為一維來處理)。以上這兩種進氣道主要是解決在馬赫數2以上時進氣流場的減速與恢復壓問題。

隨著戰鬥機發展到第三代,強調高機動性能的時候,二代機的進氣道設計就明顯跟不上需求了!其主要表現在大迎角飛行進氣效率偏低且進氣道流場畸變嚴重,以至於發動機推力嚴重下降乃至喘振熄火。所以這個時候出現了以F15、F14、mig29、su27為代表的二元激波(二維激波,在進氣道截面的兩個方向都有激波)進氣道設計,這種設計比較好的解決了大迎角飛行狀態下進氣效率的問題,也比較好的解決了較大飛行速度範圍內總恢復壓的問題。之所以採用二維激波進氣道設計的原因還是計算能力問題,因為兩個維度的激波相互作用導致進氣道內部流場複雜程度比一維激波高了一個數量級,其內部流場調節比如:激波調節板、泄壓板的控制律難度都大大提升了,而當時的機載計算機只能適應二維激波進氣道的控制,再複雜些就力有未逮了!(當然還有可靠性、重量、體積等因素的考慮)

再看同樣是三代機的F-16、F-18A/B/C/D、幻影2000、陣風等沒有採用二元進氣道的機型,這些機型無一例外都是不強調高速(馬赫數2以上)性能的戰機,而強調跨音速機動能力的。除幻影2000外,其它機型都採用了機身或者邊條對氣流進行預壓縮,提高大迎角飛行進氣效率。

到第四代戰鬥機,F-22、T-50,還有一個不是四代的F-18E/F,都採用了三元進氣道設計(把直口矩形進氣道從垂直於豎直面斜切改為與豎直面和水平面都有一定角度的斜切),這樣的設計能夠實現也是得益於計算能力的提高。至於F-35、殲20、FC-17的蚌式進氣道更加是三維計算流體力學高度發展後才能實現的設計了——在這個精妙的設計出現以前,你能想到能用如此簡潔的方式解決超音速戰鬥機進氣道設計這個難題嗎?

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