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戰(zhàn)斗機進氣道為何要盡量避開附面層氣流?

2021-07-24 00:00 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



附面層是一個流體力學術(shù)語,英文為Boundary layer,又稱為邊界層。水、空氣或其它低粘滯性流體沿固體表面流動或固體在流體中運動時,在高雷諾數(shù)情況下,附于固體表面的一層流體稱為附面層。以空氣為例,當空氣流過固體物體時,由于物體表面不是絕對光滑,加之空氣具有天然粘性。于是緊貼固體物表面的一層空氣受到阻滯,流速最大減小為零。這層流速為零的空氣,又通過粘性作用影響上一層空氣的流動??梢允股蠈涌諝饬魉偻瑯訙p小。如此一層影響一層,在緊貼物體表面的地方,就出現(xiàn)了流速沿物面法線方向逐漸增大的薄層空氣,通常將這一薄層空氣稱為附面層。附面層現(xiàn)象在低馬赫數(shù)的空氣流動下影響并不是特別明顯。但是對高亞音速甚至是超音速飛行的戰(zhàn)斗機來說。附面層產(chǎn)生的不利影響;


尤其是對飛機進氣道的不利影響就非常的明顯了。由于飛機的外形對飛機的高亞音速或者超音速飛行帶來的空氣阻力影響非常大。因此戰(zhàn)斗機大多數(shù)設計成相對流線型的整體造型。盡量減少飛機的橫截面積以減少飛行阻力。這樣就要求不論是亞音速進氣道還是超音速進氣道。都需要盡量地貼近飛機的主體機身。但是進氣道貼近機身。必然會受到飛機機身自然帶來的附面層氣流的干擾。要避免機身附面層對進氣系統(tǒng)的干擾,最簡單有效的辦法就是選擇機頭頂部進氣。比如像米格19或者米格21的機頭進氣方式。不過現(xiàn)代化的戰(zhàn)斗機,因為多選擇機頭最前端這個最有力的位置安裝雷達系統(tǒng)。因此大多需要把進氣道安裝在飛機的肋部或者腹部。于是前機身帶來的附面層的不利影響必然不可避免。


附面層給進氣系統(tǒng)帶來的最明顯的不利影響,就是進氣速度相對于飛機本身的空氣相對速度更低,而且氣流流速不穩(wěn)定,方向性也不好。這樣就會對進氣道灌入流速低而且不穩(wěn)定的氣流。對飛機發(fā)動機的風扇產(chǎn)生擾動,最終給發(fā)動機帶來嚴重的喘振效應。不但損害發(fā)動機的工作穩(wěn)定性,還會降低發(fā)動機的整體壽命;嚴重情況下會造成空中熄火,影響飛行安全。因此對大多數(shù)軍用飛機來說,要避免附面層的不利影響,瀚海狼山(匈奴狼山)認為只有兩個途徑。第一,就是要盡量避開附面層,再吸收進氣。第二則是人工改變附面層的氣流性質(zhì)。讓其變得適合進氣道吸收。第一個辦法。可以讓飛機的進氣道距離主機身一定的距離。比如進氣道和機身之間留出十幾厘米的空隙。并且在進氣道前端和機身之間設立一個分流板,


飛機前機身產(chǎn)生的附面層,一般厚度也就是十幾厘米。進氣道主動避開附面層而且設置分流板后,則附面層的不利影響基本消失。因此三代和三代以前的戰(zhàn)斗機多采用這種方式。不過這樣會帶來前機身雷達反射指標的增大。到了隱身機時代,多采用鼓包進氣道。鼓包進氣道利用沙丘吹風原理,可以給附面層氣流增壓增速,讓其氣流大部分變得適合進氣道吸收。同時減少反射指標,也減輕了進氣道系統(tǒng)的全部自重。可算是一舉多得。


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