进气道的分类

超音速进气道的分类与应用【摘要】超音速飞机要想实现超音速飞行不仅需要强劲的发动机，还需要复杂的超声速进气道设计，随着人们对飞机性能要求的不断苛刻，超声速进气道的复杂程度也越来越高，本文将就不同的分类方法来对其进行分类，并就它的优缺点以及应用做一定的总结。

【关键词】飞机；超声速；进气道；分类；激波现代的飞机尤其是战斗机大都具有非常高的速度，而且飞行高度也很高，高空的空气稀薄、氧气含量低而且在飞机高速运行时飞机的空气用量大，这就需要进气道来将空气“兜住”，另外，现代高性能发动机的压气机和燃烧室对工作条件的要求相当苛刻，这就需要进气道来实现高速空气的减速增压，将空气压力降至压气机的工作压力，在一定程度上，进气道起到了压气机的一部分作用，还有就是可以将附面层流排出发动机，增加发动机的稳定性。

因此，现代超声速飞机的都有着复杂的进气道设计（导弹也不例外）。

本文将就超声速进气道的分类、优缺点以及应用做一一概括。

超音速进气道在结构上比较复杂，它是通过一道正激波加多道较弱的斜激波来实现超音速气流的减速。

超音速进气道分为外压式、内压式和混合式三种。

外压式进气道：在进口前装有中心锥或斜板，以形成斜激波减速，降低进口正激波的强度，从而提高进气减速的效率。

外压式进气道的超音速减速全部在进气口外完成，进气口内通道基本上是亚音速扩散段。

内压式进气道：为收缩扩散形管道，相当于倒置的拉法尔喷管，超音速气流的减速增压全在进口以内实现。

设计状态下，气流在收缩段内不断减速到喉部恰为音速，在扩散段内继续减到低亚音速。

内压式进气道效率高、阻力小，但非设计状态性能不好，起动困难，在飞机上未见采用。

混合式进气道：是内外压式的折衷。

对于超音速飞机而言，本身其飞行马赫数变化范围较宽，对于进气道就要求在较宽的范围内高效的减速增压；而且，由于超音速飞行，进口前气流不能自动地适应发动机所需而引入适当的流量，容易发生溢流。

所以随着速度提高，飞机进气道也发生了很大的变化，结构上朝着更加复杂化发展，这也是性能和速度提高后确保发动机工作稳定的先决条件。

飞机进气口大小是不变的，而高速和低速飞行时发动机对空气量的需求却不一样，尤其超音速飞行时，进入进气道的空气量超过了发动机的实际需求，如果不将其排除则会导致额外的阻力，所以，超音速进气道都设有旁路系统，空气超过发动机需求时，则开启旁路系统，将多余的空气排放出去。

一般的超声速进气道都有中心锥或者压缩斜板以来调节进气量和调节激波的位置。

若按进气道是否可调可分为不可调进气道和可调进气道。

一、不可调进气道，也就是进气道形状参数不可调节，只能在设计状态下（如一定的飞行速度等）才可与发动机协调工作，反之则可能出现工作不协调的情况。

当发动机需要空气量超过进气道通过能力时，进气道处于超临界状态，反之，进气道将处于亚临界溢流状态。

超临界状态降低发动机工作效率，过分的亚临界状态使飞行阻力增加，并引起发动机喘振，工作效能也将降低。

二、可调进气道：为了解决上述问题，可调进气道通过运用安装可调压缩斜板或者中心锥的方法，控制进气道的空气通过量以满足发动机的工作要求。

另外，在亚音速扩散通道处设有放气门，将多余的空气放掉，防止进气道处于亚临界状态。

在起飞时，发动机全加力工作，要保持同样的气流量，发动机捕获空气的面积需要增大，通常发动机都设有低速时能被吸开的辅助进气口。

若按照波系数目多少来划分，可分为正激波式、双波系和多波系进气道。

一、正激波式进气道：正激波进气道又叫做皮托式进气道，当超声速气流流过进气道时，在一定的出口反压下，进气口进口截面上会产生一道正激波（外罩上产生斜激波）。

正激波后的亚声速气流在进气道内的扩张通道中继续减速增压。

这种进气道结构简单、工艺性好且重量轻，但当来流速度高时，单一正激波的总压损失大，所以当来流Ma≤1.5~1.7时才采用。

如苏联的米格－15、米格－17、苏－7，美国的F－84、F－86（早期型号），英国的“蚊”式、法国的“神秘”IV A等的进气道都是应用正激波式进气道。

二、双系波进气道：当Ma>1.7时，就要采用结构比较复杂的带有中心锥的进气道（对腹部进气或者两侧进气的飞机，采用楔形进气道），这样就能产生斜激波，降低正激波前的来流马赫数，减弱正激波的强度，提高总压恢复系数。

这种进气道需要中心锥或者压缩斜板，因此结构复杂，重量重，但是总压恢复系数高，做功能力损失小。

通常在1.5<Ma≤2.0时，多采用双波系进气道，如美国F－4，苏联米格－23，中国歼－8Ⅱ等二代机以及现在世界上普遍的第三代机大都应用双激波进气道。

三、多波系进气道：波系越多，总压恢复系数越大高，但是随着波数的增多中心锥体或者压缩斜板就越复杂，而且，气流经过同侧的波数越多，气流折转角将越大，使得外罩波阻也急速增加，所以多波系外压式进气道使用受到很大的限制。

按照飞机超声速进气道的发展阶段来分可分为三维轴对称进气道、二维矩形进气道、CARET进气道、DSI进气道。

一、三维轴对称进气道：这种进气道通常指的是圆形、半圆形、四分之一圆形进气道，它有一个中心锥面的预压缩面，中心锥的位置是可以调节的，以适应不同速度下的进气量要求，提高进气效率，使发动机始终在最佳状态下工作，满足飞机的飞行需要。

由于安装了中心锥，在低速，尤其是起飞阶段进气量不足，所以采用这种进气道的飞机一般在进气口后方开有一个或多个辅助进气口，这种进气道一般用在速度2.2M以下的飞机。

在实际中的应用如苏联的苏－17及其系列、米格－21，中国的歼－7、歼－8/－8Ⅰ，英国“闪电”，美国“黑鸟”，法国的幻影－2000、幻影－Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ。

二、二维矩形进气道：起初二维矩形进气道进气口形状为矩形或近似矩形。

在发展过程中，又出现了楔形进气道。

二维进气道通过固定的或者可调的斜板来调节激波，激波的参数随斜板的角度改变，按其进气口形状可分为矩形和楔形。

1、矩形：矩形进气道一般有一个压缩斜板并兼起附面层隔板的作用，它不仅可以防止低能附面层流进入进气道，还可产生一道斜激波对进气流进行预压缩，提高进气道的总压恢复，它也可以调节进气，适应飞机较宽范围的飞行速度变化，代表性的飞机有美国F－4，苏联米格－23，中国歼－8Ⅱ等。

2、楔形：这种进气道好似矩形被斜切一刀，形成一个尖锐的楔形，高速飞行时，从楔形尖部的压缩斜板顶端产生一道斜激波，空气通过这个斜激波进行预压缩后，超音速来流的一部分动能转弯为压力能，其作用是使空气减速，提高进气效率，这种形式的进气口面积可以根据飞行状态的需要调节，就是通过压缩斜板的转动来调节进气口面积，其功能与矩形进气道的压缩斜板一样，代表性战斗机有苏联的米格－25、米格－29、苏－27，美国的F－14/F－15、欧洲“狂风”、“台风”，中国的新歼等等。

二维进气道的优点是利用铰接的压缩斜板移动调节进气的，因此，其速度调节范围大，通过附面层隔板和楔形进气口的转动，可使进气道在机动飞行时的适应范围得到改善，抗进气畸变能力增加，大迎角飞行特性好等。

三、一般而言，超音速进气道就是以上常见的两类，但是近些年来，随着人们对隐身性能的要求和新一代作战飞机的研制，CARET进气道得到了越来越多的重视，并已经在超级大黄蜂F-18E/F和猛禽F-22两种飞机上得到了应用。

它具有更高的总压恢复、较低的流动畸变、简单的构造，更重要的，它容易实现进气道的隐身设计。

四、DSI进气道：近的来又出现一种新式的进气道，它也是二维进气道，但它却没有附面层隔板，其进气口处只有一个鼓包，这个鼓包须跟前掠式唇口共同作用才能起到现有的进气道的作用，它的作用是：一、起到附面层隔板的作用。

前掠唇口改变了进气口附近的压力分布，进气口中央压力高，两侧附近压力低，而与机身连接部位的压力最低。

当附面层流流经前面这个鼓包时，其流向开始向外偏转，当接近进气口时，其流向大幅度偏转，被高压气流挤出进气口；二、对流入空气进行预压缩，起到其它超音速进气道里压缩斜板作用，但它具有更高的总压恢复，能满足所有性能和畸变要求。

这种创新设计的鼓包结构简单，没有复杂的机械装置，工作部件少，更加稳定可靠；它还可以减少迎风面阻力，适合于与机身一体化设计，隐身效果好；由于结构简单，其维护费用也很低。

在亚音速巡航飞机时，其作用与普通超音速进气道一样，但它在1.5M以上的速度时所起的作用还不太明朗，有待进一步研究，尤其它对于两侧布局的飞机来说，大迎角和大侧滑角飞行时造成气流不对称，会引起发动机喘振，影响发动机工作效率。

目前只有在美国的闪电F－35以及中国的枭龙、歼-10B以及正在试飞的歼-20中应用。

按照进气口的位置可分为正面进气和非正面进气。

一、正面进气：进气口位于机身或发动机短舱头部，进气口前流场不受干扰，其优点是构造简单，它的缺点也很明显，在机头进气，飞机无法安装大型雷达天线，同时进气通道也太长，不利飞机内部设备安装。

早期的战斗机进气口多数在头部，如苏联的米格－19、米格－21、苏－17，美国的F－100，中国的歼－7、歼－8等，采用发动机短舱式的进气道飞机有苏联的伊尔－28、雅克－25，美国的RB－57、B－52、B－58、S－3“北欧海盗”反潜飞机等。

二、非正面进气：它包括两侧进气、翼根进气、腹部进气、翼下进气、肋下及背部进气等。

这些进气口位置布置克服了正面进气的缺点，尤其是腹部和翼下进气的优点明显，它充分利用了机身工机翼的有利遮蔽作用，能减小进气口处的流速和迎角，从而改善进气道的工作条件；在战术机动性能上，飞机在大迎角机动时发动机工作状态平稳。

两侧进气的有美国的F－102、F－104、F－4、F－15等，苏联的米格－23、米格－25、苏－24，中国的歼－8Ⅱ、强－5等；翼根进气的有美国的F －105、瑞典的萨伯－32，英国的“勇士”、“火神”、“胜利者”轰炸机等；腹部进气的有美国F－16、欧洲的EF－2000、以色列“狮”式战斗机等；翼下进气的有美国的B－1B、苏联的图－160，米格－29、苏－27等；背部进气道的有美国B－2、F－107（未服役）、A－10等。

关于进气道的分类方法有很多，也许将来还会出现更加复杂的进气道设计，但是在选择飞机进气道的类型时要把握安装进气道的目的，将进气道的设计与飞机的整体布局设计放在一起考虑，根据实际情况选择进气道，才能达到最佳的效果。

参考文献1、王新月.空气动力学基础.西北工业大学出版社.20062、高智.野百合的春天——喷气式飞机进气道设计概述.现代兵器.20063、张文宇.芝麻开花节节高——中国超音速进气道设计.现代兵器.20064、朱宇，李天.CARET进气道研究综述.飞机设计第1期.2003。