F16的固定皮托管進氣道,為何一到高空高速就抽了?

瀚海狼山(匈奴狼山)在前面的推文中提到,F(xiàn)16在典型的三代機中,超音速能力是很差的。當然過去有比他更差的,這就是FA18;現(xiàn)在則有更更差的,這就是F35系列。但是考慮到F15和SU27都能飛到2.2馬赫的極限高速,F(xiàn)16卻只能到1.6馬赫,這差距就非常明顯了。F16的推重比并不低,很多能飛到2馬赫以上的二代機的發(fā)動機推力比F16的發(fā)動機推力小得多,在單發(fā)三代機中也屬于上乘。F16之所以超音速能力差,甚至其典型的平直機翼也不是主要的原因。F104用平直機翼也能飛2馬赫。F16最大的問題,其實在于其被稱為固定皮托管式的進氣道。讓他根本突破不了1.6馬赫的極限。F16的進氣道進氣口位于機頭以下的腹部,從F16的原型機在40多年前定型,到今天的最新下線的批次幾乎都沒有大改過,都被稱為皮托管式固定進氣道。很多人不知道皮托管到底是什么意思。

其實皮托管就是空速管,可見很多三代機和二代機機頭部分伸出的那根長針一樣的東西。這根長針或者長劍到近處看,其實是一根中間空心的兩層套管,用來測量飛機相對于流動空氣的相對速度。這是由于直接測量相對風速并不容易。但是測量迎面而來的空氣壓力差比較容易。用皮托管這種裝置。通過同時測量空氣的動壓力和靜壓力之間的差值,然后才套進一個空氣動力學公式,就可以直接導出飛機相對于氣流的速度。這種裝置是法國人皮托發(fā)明的,所以專業(yè)上就叫他皮托管。目前到了很多三代機比如F15和隱形機上,為了不影響相控陣雷達。都已經(jīng)取消了原本機頭雷達罩最前面的空速管。不過仔細觀察,先進飛機的頭部仍然有些拐彎后向前延伸的,很短的像飛機“胡須”一樣的小管子,這就是另外一種形式的皮托管。

因為無論任何時候,飛機相對于空氣的速度差都是最重要一個飛控數(shù)據(jù),即使取消了巨大的空速管,也必須有一些更小的皮托管來確保數(shù)據(jù)準確。而F16的進氣道就像一個從機體中下部拐彎后再向前延伸的巨大空速管,所以叫固定皮托管式進氣道。這種進氣道其實是典型的亞音速進氣道中的一種形式。亞音速進氣道結構都較為簡單,其進氣口前緣較為鈍圓,以避免低速起飛時進口處氣流分離。其內部的進氣通道多為擴散形,在最大速度或巡航狀態(tài)下,進入氣流的減速增壓過程大部分在進氣口外面完成,進氣通道內的流體損失不大,因而有較高的進氣效率。F16雖為典型的第3代戰(zhàn)斗機,但只強調跨音速的機動性能,所以它采用的是經(jīng)改進過的固定皮托管式亞音速進氣道。也稱為單一正激波壓縮進氣道。如果F16或者其他二代或者三代機開加力,那么就會出現(xiàn)突破音速的現(xiàn)象,此時進入進氣道的氣流會超過音速。此時會產(chǎn)生激波現(xiàn)象。而渦扇發(fā)動機的大多數(shù)前端風扇和壓氣機是無法長期在超音速的激波中正常工作的。因此強調飛超音速的戰(zhàn)機,必須采用可變調節(jié)錐或者超音速進氣道內增加斜板,將激波氣流分散減速,才能不至于讓發(fā)動機產(chǎn)生嚴重的喘振。

但是F16的設計師認為,這種戰(zhàn)機90%的情況都是在亞音速和穿音速下飛行,因此用現(xiàn)有的進氣道已經(jīng)足夠。即使偶然超音速飛到1.4馬赫左右,也會很快減速,因此沒必要再修改進氣道。F16在早期甚至推出裝備J79型渦噴發(fā)動機的F16-79型。宣布已經(jīng)可以執(zhí)行高空高速截擊任務。不過全球買家都知道不同時該進氣道,明顯屬于兩不靠的型號。最終F16-79型無人問津。只能繼續(xù)出售傳統(tǒng)的渦扇F16。誰誰家的10號機也曾經(jīng)在原型機上用過這種皮托管式進氣道,后來發(fā)現(xiàn)不符合任務需求,畢竟超音速截擊能力是主要的;于是在量產(chǎn)型的10號A上,修改為腹部二維可調斜板超音速進氣道。到10B以后又采用DSL進氣道。這是一種罕見的適合從亞音速到2.5倍音速的進氣道類型。