1、 超声速进气道的分类方法，优缺点及应用范围进气道的功用是把一定的高速气流均匀地引入发动机，并满足发动机在不同条件下所需求的空气流量，同时气流在其中减速增压。对进气道的主要要求是：总压恢复系数尽可能的高，阻力小，结构简单且重量轻。当气流以超声速流入进气道时，超声速气流受到压缩时必然要产生激波，而激波会引起较大的总压损失，使气流的做功能力下降。因此，在设计进气道时，如何组织进气道进口前的激波系，降低进气道的总压损失是非常重要的。超声速气流流经锥体时便产生锥形激波，流经楔形体时便产生平面斜激波。空气喷气发动机所需空气的进口和通道。进气道不仅供给发动机一定流量的空气，而且进气流场要保证压气机和燃烧室正
2、常工作。涡轮喷气发动机压气机进口流速的马赫数约为 0.4，对流场的不均匀性有严格限制。在飞行中，进气道要实现高速气流的减速增压，将气流的动能转变为压力能。随着飞行速度的增加，进气道的增压作用越来越大，在超音速飞行时的增压作用可大大超过压气机，所以超音速飞机进气道对提高飞行性能有重要的作用。超音速进气道通过多个较弱的斜 激 波 实现超音速气流的减速。超音速进气道分为外压式、内压式和混合式三类。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，从而提高进气减速增压的效率。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。按进气口前形成激波的
3、数目不同又有 2 波系、3 波系和多波系之分。外压式进气道的缺点是阻力大;内压式进气道 :为收缩扩散形管道，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至喉部恰为音速，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。按照波系数目的多少来划分，又可分为正激波式、双波系和多波系进气道。 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
4、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。圆形或半圆形的进气道有个中心锥，它一是用来调节进气量，还有一个重要的作用是调节激波的位置，超音速进气道与亚音速进气道在外形上的的主要区别就是是否有中心锥和压缩斜板，中心锥可以看到，而压缩板有的在进气道内部。超 音 速 进 气 道
5、 主 要 经 历 的 四 个 阶 段（ 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，它与亚音速类似，但是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。 世界上第一种安装超音速进气道的飞机是美国 F104“星”战斗机，苏联第一种使用超音速进气道的飞机是米格21，法国第一种使用超音速进气道
6、的飞机是幻影，英国第一种使用超音速进气道的飞机是“闪电”截击机，以上这些战斗机分别采用了圆形进气道和半圆形进气道，圆形进气道一般安装在机头位置，半圆形进气道一般用在两侧，美国“黑鸟”也采用这种三维轴对称进气道，但安装在机翼上。 1 、圆形 这种形状的进气道多用于机头进气，苏联早期 2 倍音速飞机用此进气道较多，如苏 9、苏17 及其系列、米格21 等，中国的歼7 、歼 8/8，英国“闪电” ，美国“黑鸟”等，这种进气道缺点是：第一、限制了飞机安装大型雷达；第二、进气通道过长，浪费了空间，对机内部设备安装带来困难，过长的通道也使得进气效率降低。 “黑鸟”发动机的位置特别，不存在这些情况。 2、半
7、圆形 该形状进气道只安装于飞机两侧，因此便于飞机电子设备安装，五六十年代电子设备发展很快，飞机上的电子设备越来越多，两侧进气的优点无疑十分突出，西方多采用这种布局，如幻影2000、幻影/，美国 F104 ，印度HF24“ 风神 ”战斗机，苏联拉 250（未服役）截击机。 3、近似半圆形和四分之一圆形 不同形状的进气道选择是根据作战飞机总体气动布局和作战要求来设计的，最终目标是使用飞机达到完成战术任务要求的最佳化。进气道为四分之一圆形的有美国 F111，近似半圆形的有法国“阵风” ，美国的 F18D 以前型号等，这些进气道有的没有中心锥，但在进气道与机身处有一个附面层隔板，它可以防止低能的附面层
8、流进入进气道，这个附面层隔板伸出比较长而且有斜角，本身就是固定压缩斜板，内部则没有压缩斜板，外压式进气道的超音速减速过程在进口外实现，附面层隔板还可以提高总压恢复。 随着战斗机性能不断提高，其对进气要求也越来越严格，三维轴对称进气道在某方面存在着一些不足，无法满足现代飞机高机动性的飞行要求，第一、它速度调节范围小。由于三维轴对称进气道是利用中心锥在轴上前后移动来调节进气的，因此，调节范围小，若改变中心锥截面积的调节方法，则构造复杂，黑鸟的解决方式是混压式进气道；第二、它抗进气畸变的能力弱。正常飞行时，进气均匀，畸变小，但作高机动飞行时，迎角和侧滑角动作都会破坏气流的对称性，使进气道效率降低；第
9、三、如果进气口安置在头部，则不利于电子设备的这安装，其进气通道也太长，能量损失较多，空间浪费严重，机头进气方式基本上已不再使用。 （ 二 ） 二 维 矩 形 进 气 道为了克服三维轴对称进气道的缺点，六十年代又出现了二维矩形进气道，其进气口形状为矩形或近似矩形。最早采用二维矩形进气道的是美国 F4“鬼怪”战斗机，苏联也于六十年代在米格23 上采用了这种进气道，该进气道表现出了三维轴对称进气道无法比拟的优点，在以后的飞机中大行其道，其发展过程中，又出现了楔形进气道，最早采用这种楔形进气道的是苏联米格25。所谓的楔形实际上是水平压缩斜板进气道的情况，矩形则是垂直压缩斜板进气道，没有本质不同，外观的
10、斜切不同只在于侧壁切去多少，垂直压缩斜板进气道一般把喉道外侧壁全切掉，但 SU-15 是个例外，压缩斜板并不是垂直或水平移动，而是一端铰接，可以转动成需要的斜角的。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，所以调节也就是调节斜板的角度。所谓的楔形的进气道，上唇口水平压缩斜板产生的斜激波要求搭在下唇口上，当上下唇口间有完整的侧壁的时候，就是这样斜切的形状，注意是斜激波。当把这部分侧壁完全切去，使下唇口通过两侧垂直唇口的侧壁连接进气道上壁喉道位置，而压缩斜板完全在管道外的时候，就成为矩形的进气道，但是早期出现的矩形进气道不是水平压缩斜板，而是放在内侧的垂直压缩斜板，
11、相当于水平压缩斜板转动 90 度的情况。它们在本质上是一样的，但是由于与进气道-机身的组合体的进气道安装位置，斜板位置的不同而在某些条件下表现不同。 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 F4，苏联米格23，中国歼8 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
12、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 F14/F15 、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。下面两种进气道应该也属于二维超音速进气道，但较为特殊，因此单列较好。 （ 三 ） CARET 进 气 道一般而言，超音速进气道就是
13、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 F-18E/F 和 F-22 两种飞机上得到了应用， （另外 X-36 验证机也是 CARET 进气道，但鉴于它的情况较为特殊，为圆弧唇口，在分类中不作重点考虑） ，因此此处对这种新型进气道也作一介绍。 CARET 进气道的设计理念源于 50 年代末提出的乘波飞行的理论，为了便于解释 CARET 进气道的工作原理，先对乘波飞行的理论作一简介。对于一个尖楔体，以高速飞机上常见的尖劈翼型为例，当它超音速飞行时，必然在机翼下方产生一道从前缘开始的斜激波，气流在经过斜激波后会
14、形成一个压力均匀的高压区，且此翼下高压区不受翼上低压区的影响（而常规机翼由于绕翼型环流的存在翼上下搞低压区相沟通） ，因此将会产生很高的升力，整个飞行器好像乘在激波上，乘波飞行由此得名。在此基础上，沿波面进行进气道进口的设计，以利用波后的减速增压均匀流，对于 F-18E/F 和 F-22 两种飞机而言，给予其他的一些考虑，如隐身要求，他们的近气道内外壁不能做到与翼面垂直，但就进气道而言，就可看作是由上壁和内壁各产生一道激波，对气流进行压缩。这就是典型的CARET 进气道，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，故而在新一代飞机的设计中受到了较高的
15、重视。 （ 四 ） DSI 进 气 道近的来又出现一种新式的进气道，它就是美国 F35 使用的 DSI 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
16、的鼓包结构简单，没有超机械装置，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。自从喷气飞机诞生以来，其进气道的位置各异，它的位置选择是综合飞机的性能要求而定，也跟航空科技发展有密切的关系，进气道按其在飞机上的位置不同大体上分为正面进气和非正面进气。进气口是进气道系统中最直观的部分，国内外经常把它们混为一
17、谈，我们也习惯了统称为进气道，只是在详细区分这个系统中的不同部位时才使用不同术语。 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 F100，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 RB57、B52、B 58、S3“ 北欧海盗”反潜飞机等。 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
18、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F102、F104、F4、F 15 等，苏联的米格23、米格 25、苏24 ，中国的歼8、强5 等；翼根进气的有美国的 F105、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 F16、欧洲的 EF2000 、以色列“狮”式战斗机等；翼下进气的有美国的 B1B 、苏联的图160，米格29、苏27 等；背部进气道的有美国 B2、F 107
19、（未服役） 、A10 等。 进气道由亚音速进气道发展到超音速进气道，功能不断增加，进气对整个飞机来说重要性不可或缺，但选择进气道形状并不是根据它的先进性，而是根据实际的需要，如F16 选择亚音速进气道，它作为 F15 配对的低档机型，造价上和功能的不同，选择改进的亚音速进气道更好；SR 71 作为侦察机，并不需要高机动性，所以三维轴对对称进气道最合适。楔形进气道在某些方面比二维矩形进气道优点要多，但也不是后来的飞机都使用这种进气道，如法国的“阵风”采用的是近似半圆形进气道，对其整个飞机布局来说是最好的选择，同样，欧洲的“台风”采用的是近似矩形，在保证进气质量的情况下，服从于飞机的布局。一般并没
20、有确定的结论说斜切式的对圆/ 半圆形的有明显优势，通常三维进气道的结构重量比较轻。也有另外一种情况，某些飞机在改型后，其进气道也出现质的变化，F-18E/F 采用的是有别于先前型号的双斜切的乘波进气道；法国的“神秘”改进成“超神秘”后，其圆形进气道也改成了扁圆形。 进气道未来发展，应该具有较高的效能，最佳的调节与控制，在整个飞行包线上都安全可靠，大迎角和侧滑角的相容性包线大，进气道与发动机匹配性好，抗畸变能力更强，隐身效果也更好，不排除出现新的技术，使得进气道结构更加简单，功能更加全面，满足所有飞行的要求。超声速进气道主要应用于超音速飞机和巡航导弹领域。参考文献樊思齐 航空发动机控制 ISBN 9787561221617F.C.比施根斯 顾诵芬 超声速飞机空气动力学
