《超音速进气道的工作原理》微课程

而对F－22这类的“◇”形进 气道，它的上壁和内壁各产生一 道斜激波并平滑过渡，最终只会 在外下侧产生溢流，使得产生溢 流的地方从一条线减少成一个点， 这样压力损失就更小。
F－22的Caret进气道跟它的机身 高度融合，使得弹仓的空间能做到最 大化。
Caret进气道结构简单，可以很容易 的跟飞机的边线条融为一体，隐身性 也很好。
Bump进气道
• 早期的X－35进气道外唇是个非常复杂的 四边形唇口，这是为了最大化配合激波 的形状。
Bump进气道
• 但飞机还要有机动性，需要做仰角，侧 滑等动作，需要综合考虑，所以生产型F －35外唇口变成了三唇口
Bump进气道
• F35上的鼓包没有小孔，为了隐身。
Bump进气道
Bump进气道
台风战斗机的斜 板上开了很多小 孔，这些小孔是 用来吸附斜板自 身产生的附面层 的。
F-22斜切口进气道 的奥妙之处
F-22斜切口进气道
斜切口进气道也称为后掠双 斜面进气道（CARET进气道）。
对于一个矩形进 气道，在水平方 向和垂直方向各 斜切一次，就形 成了后掠双斜面 进气道。
由于发动机进口的气流必须是亚 声速气流。
在飞行M数小于1.5的超音速 飞机上，气流通过正激波减速时 的压力损失不大。
但是，随着飞行速度的增大， 直接采用正激波减速的气动损失 增大，尤其是马赫数较高时，损 失更大。
当飞行M数大于1.5以后， 采用正激波减速的亚声速进气 道是不行的。
该怎么办呢？ 如何减小损失呢？
由于斜激波也可以使 气流减速，而且损失较小。
斜激波与正激波会在进气道的外 下侧相交，相交处会产生滑流层。
为避免滑流层进入进气道，通 常都会精心设计使得正激波面裸露 在进气道外一点点，好让滑流层沿 着相交的外下侧流走。
这是F-22进气道的温度场云图。
可以看到，进气道内温度很 高，是因为经过两道激波减速增 压后，压力增大，导致温度上升。
对F－15这类的 方“口”形 进气道，激波从上壁面产生并会 在整个下壁面前方产生溢流。
CARET进气道如何实现将超声速 气流减速为亚声速气流呢？
CARET进气道上 壁和内壁都后掠， 它们各自产生一 道斜激波，两道 激波会融合成一 道斜激波。
由于进气道内反压的作用，在进 气道的唇口出会产生一道正激波。
气流经过正激波后，就会变成亚 声速气流。
因此，CARET进气道一般可以认 为由两道激波系组成：前面的斜激波 和唇口的正激波。
超声速进气道的工作原理
飞机在超声速飞行时， 流入进气道的气流速度也 是超声速。
但是发动机压气机进 口的气流速度，必须是亚 声速的。
因为，如果进入压气机 的气流是超声速的，在压气 机中将产生巨大的流动损失。
所以进气道进口的超 声速气流必须减速为亚声 速气流，提供给发动机。
超声速气流如何减速 为亚声速气流呢？
Bump进气道
• 早期的X－35进气道外唇是个非常复杂的四 边形唇口，这是为了最大化配合激波的形 状。
Bump进气道
• 但飞机还要有机动性，需要做仰角，侧滑 等动作，需要综合考虑，所以生产型F－35 外唇口变成了三唇口
Bump进气道
• F35上的鼓包没有小孔，为了隐身。
Bump进气道
Bump进气道
• 枭龙，鼓包的表面有不 少的小孔，用来吸附附 面层。
超声速进气道的 附面层隔道
超声速进气道为什么 都有附面层隔道呢？
附面层
由于空气具有黏性，在与飞机表 面接触的时候，会产生附面层。
附面层进入发动机后会影响发 动机的工作，还会引起发动机的 不稳定，所以一般进气道都是避 免吸入附面层的。
超声速飞行时，附面层进入发 动机还可能引起发动机的喘振。 因此必须阻止附面层进入发动机。
能不能先让气流通过斜 激波减速，等速度降下来之 后，再通过正激波减速为亚 声速气流。
当然是可以的！ 实际的进气道也是这么做 的。
超音速进气道就是先通 过多个较弱的斜激波先把气流 的速度降下来。
最后，再通过一道正激 波把气流的速度降为亚声速。
这就是超声速进气道的 工作原理：斜激波+正激波实 现超声速气流的减速。
因此，为了避免让附面层进入 发动机，附面层隔道就应运而生。
幻影2000战斗机，进气口前面有 隔板，用来把附面层分离掉，然后让 边界层气流从上下两个方向流出。
F-22战斗机的附面层隔道
F-16战斗机的附面层隔道
台风战斗 机的附面 层隔道
F-15战斗机的附面层隔道
台风战斗机的附 面层隔道。
根据气体动力学的知 识，我们知道，通过激波 可以使气体减速增压。
通过正激波可以使超 声速减速为亚声速。
通过斜激波，气体可 以减速，但还是超声速。
超声速
正激波
亚声速
目前在飞行M数小于1.5的超 音速飞机上，几乎都是采用通过 一道正激波减速的亚音速进气道。
比如F-16的进气道。采用的 就是亚声速进气道。
Bump进气道
Bump进气道
• 无附面层隔道超音速进气道，取消了附 面层隔道、泄放系统和旁路系统，使得 飞机在性能、机动性、隐身、结构和重 量等方面趋于完美。
Bump进气道设计原理
• 根据锥型流理论，采用乘波原理生成， 将一个圆锥体转化为一个等效的压缩曲 面，其产生的流场仍然为锥型流，锥型 激波附着在压缩曲面的边缘。
• 枭龙，鼓包的表面有 不少的小孔，用来吸 附附面层。
鼓包式进气道
F-35为什么要采用鼓包式进 气道呢？
鼓包式进 气道的最 Βιβλιοθήκη 特点就 是在进气 道进口鼓 起的“大
包”
F-35采用鼓包式进气道后， 可以省去常规进气道的附面层隔 道等设备。
F-22战斗机的 附面层隔道
F-16战斗 机的附面 层隔道
台风战斗 机的附面 层隔道
F-15战斗 机的附面 层隔道
由于鼓包式进气道去掉附面 层隔道,可以使F-35战斗机减重上 百公斤。
Bump进气道
Bump进气道
• 无附面层隔道超音速进气道，取消了附面 层隔道、泄放系统和旁路系统，使得飞机 在性能、机动性、隐身、结构和重量等方 面趋于完美。
Bump进气道设计原理
• 根据锥型流理论，采用乘波原理生成，将 一个圆锥体转化为一个等效的压缩曲面， 其产生的流场仍然为锥型流，锥型激波附 着在压缩曲面的边缘。