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进气道有什么用?战斗机的进气道为什么形状各异?为了保护发动机

 where5 2023-08-24 发布于四川

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毋庸置疑,发动机绝对是飞机的核心部件,而这个核心部件工作的时候必须使用空气,而为了能够让发动机正常使用空气,就必须要设计进气道。

不同飞机的进气道存在着极大的差异,这一点很容易便能够发现。比如最常见到的民用客机和货机,它们的进气道就是圆柱形的,而且比较短,相比之下,战斗机的进气道往往设计得很长,而且多呈现方形或难以描述的形状,这又是为什么呢?不同的飞机所使用的航空发动机也是不尽相同的,但不论任何一种航空发动机,它对于进气量的多少都是有要求的。

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也就是说航空发动机都有着一个与最佳工作效率相匹配的额定进气量。

无论吹进来的空气是太多,还是太少,都会导致发动机的工作效率下降。更为重要的是,如果吹进来的气流速度太快,还很容易导致航空发动机的叶片发生震颤,以致损毁。也就是说发动机对于空气流速有着一个承受的极限,不同发动机所能够承受的极限是有差异的,但共同点都是不能超过音速。对于民航客机和货机而言,这并不是什么问题,但对于战斗机来说,问题可就大了。

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战斗机是追求速度的,那么如何在战斗机的飞行速度超过音速的情况下,还能够保证进入发动机的空气流速低于音速呢?这就要靠进气道了。

进气道利用什么原理给空气减速呢?就是利用激波。飞行的物体在飞行的过程中会使周围的空气产生扰动,这种扰动是以音速进行传播的,所以如果飞行物体的速度小于音速,就没有关系,但如果飞行的速度超过音速,这些扰动就来不及传到物体的前面去,就会被压缩集中在一起形成一种强扰动,这就是激波。

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激波又可以分为正激波和斜激波。

激波面与气流方向垂直时就是正激波,这种激波的阻力最大。如果激波面与气流方向存在着一定的角度,那就是斜激波,由于一部分空气会从斜激波的边缘溜走,所以相比正激波而言,斜激波的阻力就要小很多。正是因为激波会产生强大的阻力,所以正好可以用来给空气进行减速。早期的战斗机进气道是皮托式进气道,它能够利用自身的形状在进气道内形成一个弓形激波,也就是一个正激波,如此便能够保证进入发动机的空气流速显著低于音速了。

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不过由于皮托式进气道所产生的激波是一个正激波,阻力太大,从而导致进入发动机的空气流速衰减得太过厉害,所以也会降低发动机的工作效率。

于是慢慢地,人们在皮托式进气道的基础上又发明了激波锥式进气道。也就是在进气道的入口处加上一个锥形物体,这样一来,进入进气道的空气就会先形成一个斜激波,然后再慢慢转变为一个较小的正激波,如此既保证了空气的流速低于音速,又不至于衰减得太多。

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在激波锥式进气道之后,又出现了一种更为先进的进气道,二元式进气道,也就是我们比较熟悉的那种矩形进气道。

二元式进气道可以通过调整进气道内的上缘斜坡,使斜激波在任何飞行速度下都可以正好反射到下缘上,从而始终保证发动机的高效工作。如果说这种进气道有什么缺点的话,那就是它的形状本身了。由于二元式进气道必须是一个矩形,而矩形恰好能够完美反射雷达波,因此这种飞机几乎没有办法在现代战争中隐藏自己。为了解决这些问题,现在的飞机大多使用的都是更为先进的加莱特进气道或无附面层隔道超音速进气道,而这些更为先进的进气道,它们的形状也更加奇怪了。

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