按理说,世界航空强国也不少,为何只有中美两国飞机研制DSI进气道,这项技术难在哪?

寒潭孤影 2022-09-16 19:24:26

能够称的起世界航空强国重担的国家可不多,能够研制生产使用DSI进气道的国家更是少之又少。DSI进气道技术已经走过近30年的历程,是喷气式发动机技术出现后的又一次跨越式技术进步,目前DSI进气道技术仍然属于喷气式发动机进气道前沿科技。

F-35战机时美国首次使用DSI进气道的机型

什么是DSI进气道技术?我们都知道喷气发动机都需要大量压缩的空气才能工作,进入发动机的空气流的速度、流场均匀度、流量都是有严格要求的,稍有不匹配就会影响发动机性能输出。外界空气介入战机的媒介就是进气道,大多数位于战机两侧,外表成空洞状态,进气道能够梳理调节外部的气流。进气道的发展经历过固定式进气道、可调节式进气道,以及先进的DSI进气道。固定式进气道利用本身的形状设计对外界进入的高速气流降速增压,但是气流量不能随时匹配发动机需要。可调式进气道利用改变外形或者加一些附件改变音速气流的速度,同时进气道内增加一些挡板、放气门、开口等进一步调节流速和流量,进气气流和发动机在不同情况下的需求匹配问题得到较好解决。现代战机多数采用采用可调进气道。随着战机性能提升需要,战机可调进气道的重量超标、雷达反射面积过大的问题越来越突出。

DSI进气道与CARET进气道对比

DSI进气道又称"三维鼓包式无附面层隔道进气道",我军称之为"无附面层隔道超音速进气道",又因为形状类似蚌壳,也被我国称为蚌式进气道。DSI进气道是采用一个固定的鼓包来模拟常规进气道中的一、二级可调斜板,用以达到对气流的压缩以及简化结构、隐形的目的。DSI进气结构是在进气道前采用了三维的鼓包式设计,鼓包发挥了压缩面的作用,附面气流会在鼓包处溢出流向后机身。DSI 没有可动部件,实际是精心设计的三维压缩面对常规进气道进气口部分进行的改进。由于减少了进气道调节系统、附面层隔道以及压缩斜板等部件,DSI的设计极大降低进气机构重量,进气流也能更好匹配飞机不同状态下的需求,飞机整体隐身效果也得到提升。

歼=20DSI进气道设计

DSI进气道技术有什么技术优点?DSI严格讲叫DBSI更加精确,具有结构简单、重量轻、阻力小、隐形等特点。DSI 是随着计算流体力学(CFD)的进步得到开发和完善的。DSI 是固定几何形状进气道,取消了附面层隔道、放气系统和旁通系统,减轻了战机重量,降低了生产和使用费用。DSI进气道采用了“锥形流”乘波设计,能让战机的总压恢复率更高。DSI进气道并有利于进气道——机身一体化设计。DSI进气道能够减少高空中的风的阻力,是实现第三代战斗机拥有隐身能力的最优方案,鼓包结构能遮挡进气道内发动机叶片,缩小战机雷达反射截面。

歼-10战机DSI进气道

DSI的优点也是它的缺点,那就是不可调,不能够使进气道适配所有进气情况,即不能使战机在不同速度下总压恢复系数都能有比较好的表现。只有飞机速度小于1.8马赫时,DSI结构的进气道总压恢复系数才可保证达到0.9以上。这就是为什么采用DSI进气道的飞机最大速度均在1.8马赫以下的原因,比如F-35、枭龙、歼-10B/C、FC-31等。歼-20战机DSI进气道似乎不受总压恢复系数过低问题影响,网传其DSI进气道采用了Bump形状可变技术,即进气道内的鼓包可进行连续平滑的变化,变形后还要依然能够做到进气适配。这样歼-20可以做到以2.5马赫带弹战斗巡航。美国的F-22战机采用的是CARET卡尔特进气道,它不需要另开散热口,超音速后进气效能非常好,但是其迎风面的阻力,亚音速巡航太过于耗油,总体性能差于DSI进气道结构。

FTC-2000G飞机DSI进气道

哪些飞机使用DSI进气道技术?当今世界上只有中国和美国发展出了这种技术。DSI进气道的鼓包能够对进气道气流量调节,DSI进气道看似简单实际技术难度非常大。DSI进气道是与战斗机一体设计的,包括凸起的鼓包、进气唇口和机首等。战斗机机首对空气流进行预压缩,前掠式进气口的唇口配合工作,减少有害的附面层气流进入。凸起是DSI进气道设计及制造最难的部分,复杂的曲面结构没有很高的技术积累是做不到的。三维鼓包的设计需要极高的空气动力学、计算流体力学以及大量的不同速度风洞试验,进气道和鼓包表面加工制造精度要求很高,而且只有特殊复合材料才能符合要求。

骁龙战机DSI进气道

美国于上世纪90年代开始研究DSI进气道技术,美军F-16战机最先使用这种技术。经过几十年的发展,中美不少战机都采用了DSI进气道,我国的歼-20、歼-10B/C、枭龙战斗机、FTC-2000G和美国的F-35战斗机都使用了DSI进气道。计划采用DSI进气道的包括印度AMCA、法国NGF六代机、歼-35等,甚至部分无人机也在跃跃欲试采用这一设计。DSI进气道技术能够代表未来一定条件下的战机发展方向。

暗剑无人机的DSI进气道

DSI进气道的设计生产需要超音速风洞、超音速流体力学分析能力,以及材料、加工制造等能力。不是一般国家能够同时具备诸多因素的,中美两国则在DSI进气道的研制使用上走在前列,我军更是多数战机都采用了DSI进气道。DSI进气道毕竟还没跳出固定式进气道范围,形状不变的DSI,在战机不同速度、俯仰角的时候对气流调节的需求还没做到最好,在这方面可调式进气道也有很好作为。如何选择战机进气道结构还是要根据自身DSI进气道技术水准正确评估。

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评论列表

稔笺

稔笺

1
2022-09-19 19:11

好像湾湾最先实用这个技术[得瑟]

寒潭孤影

寒潭孤影

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