《超音速进气道的工作原理》微课程课件.ppt

超声速进气道的工作原理,飞机在超声速飞行时，流入进气道的气流速度也是超声速。,但是发动机压气机进口的气流速度，必须是亚声速的。,因为，如果进入压气机的气流是超声速的，在压气机中将产生巨大的流动损失。,所以进气道进口的超声速气流必须减速为亚声速气流，提供给发动机。,超声速气流如何减速为亚声速气流呢？,根据气体动力学的知识，我们知道，通过激波可以使气体减速增压。,通过正激波可以使超声速减速为亚声速。通过斜激波，气体可以减速，但还是超声速。,超声速亚声速,正激波,目前在飞行M数小于1.5的超音速飞机上，几乎都是采用通过一道正激波减速的亚音速进气道。,比如F-16的进气道。采用的就是亚声速进气道。,在飞行M数小于1.5的超音速飞机上，气流通过正激波减速时的压力损失不大。,但是，随着飞行速度的增大，直接采用正激波减速的气动损失增大，尤其是马赫数较高时，损失更大。,当飞行M数大于1.5以后，采用正激波减速的亚声速进气道是不行的。,该怎么办呢？如何减小损失呢？,由于斜激波也可以使气流减速，而且损失较小。,能不能先让气流通过斜激波减速，等速度降下来之后，再通过正激波减速为亚声速气流。,当然是可以的！实际的进气道也是这么做的。,超音速进气道就是先通过多个较弱的斜激波先把气流的速度降下来。,最后，再通过一道正激波把气流的速度降为亚声速。,这就是超声速进气道的工作原理：斜激波+正激波实现超声速气流的减速。,Bump进气道,Bump进气道,无附面层隔道超音速进气道，取消了附面层隔道、泄放系统和旁路系统，使得飞机在性能、机动性、隐身、结构和重量等方面趋于完美。,Bump进气道设计原理,根据锥型流理论，采用乘波原理生成，将一个圆锥体转化为一个等效的压缩曲面，其产生的流场仍然为锥型流，锥型激波附着在压缩曲面的边缘。,Bump进气道,早期的X35进气道外唇是个非常复杂的四边形唇口，这是为了最大化配合激波的形状。,Bump进气道,但飞机还要有机动性，需要做仰角，侧滑等动作，需要综合考虑，所以生产型F35外唇口变成了三唇口,Bump进气道,F35上的鼓包没有小孔，为了隐身。,Bump进气道,Bump进气道,枭龙，鼓包的表面有不少的小孔，用来吸附附面层。,超声速进气道的附面层隔道,超声速进气道为什么都有附面层隔道呢？,附面层,由于空气具有黏性，在与飞机表面接触的时候，会产生附面层。,附面层进入发动机后会影响发动机的工作，还会引起发动机的不稳定，所以一般进气道都是避免吸入附面层的。,超声速飞行时，附面层进入发动机还可能引起发动机的喘振。因此必须阻止附面层进入发动机。,因此，为了避免让附面层进入发动机，附面层隔道就应运而生。,幻影2000战斗机，进气口前面有隔板，用来把附面层分离掉，然后让边界层气流从上下两个方向流出。,F-22战斗机的附面层隔道,F-16战斗机的附面层隔道,台风战斗机的附面层隔道,F-15战斗机的附面层隔道,台风战斗机的附面层隔道。,台风战斗机的斜板上开了很多小孔，这些小孔是用来吸附斜板自身产生的附面层的。,F-22斜切口进气道的奥妙之处,F-22斜切口进气道,斜切口进气道也称为后掠双斜面进气道（CARET进气道）。,对于一个矩形进气道，在水平方向和垂直方向各斜切一次，就形成了后掠双斜面进气道。,由于发动机进口的气流必须是亚声速气流。,CARET进气道如何实现将超声速气流减速为亚声速气流呢？,CARET进气道上壁和内壁都后掠，它们各自产生一道斜激波，两道激波会融合成一道斜激波。,由于进气道内反压的作用，在进气道的唇口出会产生一道正激波。气流经过正激波后，就会变成亚声速气流。,因此，CARET进气道一般可以认为由两道激波系组成：前面的斜激波和唇口的正激波。,斜激波与正激波会在进气道的外下侧相交，相交处会产生滑流层。,为避免滑流层进入进气道，通常都会精心设计使得正激波面裸露在进气道外一点点，好让滑流层沿着相交的外下侧流走。,这是F-22进气道的温度场云图。,可以看到，进气道内温度很高，是因为经过两道激波减速增压后，压力增大，导致温度上升。,对F15这类的 方“口”形进气道，激波从上壁面产生并会在整个下壁面前方产生溢流。,而对F22这类的“”形进气道，它的上壁和内壁各产生一道斜激波并平滑过渡，最终只会在外下侧产生溢流，使得产生溢流的地方从一条线减少成一个点，这样压力损失就更小。,F22的Caret进气道跟它的机身高度融合，使得弹仓的空间能做到最大化。,Caret进气道结构简单，可以很容易的跟飞机的边线条融为一体，隐身性也很好。,Bump进气道,Bump进气道,无附面层隔道超音速进气道，取消了附面层隔道、泄放系统和旁路系统，使得飞机在性能、机动性、隐身、结构和重量等方面趋于完美。,Bump进气道设计原理,根据锥型流理论，采用乘波原理生成，将一个圆锥体转化为一个等效的压缩曲面，其产生的流场仍然为锥型流，锥型激波附着在压缩曲面的边缘。,Bump进气道,早期的X35进气道外唇是个非常复杂的四边形唇口，这是为了最大化配合激波的形状。,Bump进气道,但飞机还要有机动性，需要做仰角，侧滑等动作，需要综合考虑，所以生产型F35外唇口变成了三唇口,Bump进气道,F35上的鼓包没有小孔，为了隐身。,Bump进气道,Bump进气道,枭龙，鼓包的表面有不少的小孔，用来吸附附面层。,鼓包式进气道,F-35为什么要采用鼓包式进气道呢？,鼓包式进气道的最大特点就是在进气道进口鼓起的“大包”,F-35采用鼓包式进气道后，可以省去常规进气道的附面层隔道等设备。,F-22战斗机的附面层隔道,F-16战斗机的附面层隔道,台风战斗机的附面层隔道,F-15战斗机的附面层隔道,由于鼓包式进气道去掉附面层隔道,可以使F-35战斗机减重上百公斤。,没有了附面层隔道,F-35如何避免附面层进入进气道呢？,这是F-35鼓包的流场仿真结果，可以看到附面层的流动。,很明显，在经过鼓包后绝大部分的附面层气流被挤压到进气道的上下两侧，并被泄放掉。,因此，不需要隔板，通过“鼓包”也可以消除附面层。,所以，鼓包式进气道也被称为“无附面层隔道”进气道。或DSI进气道。（DSI：Divertless Supersonic Intakes）,鼓包式进气道还有其他优点，减小了飞机的迎面阻力，流动损失小。,实验表明，在常用的飞行马赫数条件下，鼓包式进气道的飞行特性也很好。,另一个优点是，因为去掉了附面层隔道，雷达反射截面积变小，隐身性好。,鼓包式进气道的优点有：1、重量轻；2、阻力小，流动损失小；3、飞行特性优；4、隐身性好。,所以使用鼓包式进气道对于战斗机来说，是一个一举多得的好事。,另外，还有枭龙等战斗机也采用了鼓包式进气道。,枭龙战斗机的鼓包式进气道,CARET进气道,CARET进气道,后掠双斜面压缩进气道，不仅上壁产生一道激波，内壁也产生一道激波，对气流进行双重压缩，且两道激波会重合成一道激波，效率更高。,CARET进气道,CARET进气道的设计，源自于乘波飞行器的概念。利用平面激波波后的流场建立具有特定形状的压缩面形状。,CARET进气道,早期的F/A18C，固定式隔板进气道，它前面的斜面隔板不仅用来分离附面层，也引出道斜激波。,CARET进气道,早期的F/A18C，斜板分离的附面层从机背上流出。,CARET进气道,大黄蜂从E型开始，就变圆为方，换成了这种，从外面看像是个斜的菱形截面一样。,CARET进气道,F22的Caret进气道跟它的机身高度融合，使得武器舱的空间能做到最大化。,CARET进气道,YF22的进气道。可以看到迎面飞来的猛禽，他的进气道内温度很高，是因为激波减速增压后，压力增大，导致温度上升。,CARET进气道,F22的进气道背部，每边都有多个泄放附面层气流孔。对这些孔做了隐身处理，敷了层细密的金属网格，把强散射变为弱散射。,进气道的隐身技术,SR-71,中心锥和管道产生一个窄的环形气流通道，使大多数波长的雷达波不能进入。中心锥高度后掠，反射的大多数雷达波远离雷达源方向，可获得良好的隐身效果。,F-117,进气道格栅使大多数雷达波由于过长而不能进入,格栅技术就是在进气道内适当的地方安装金属板，迫使进入的雷达波在内壁和格栅之间多次反射，一方面加强波的衰减，另一方面加大腔体出口电磁波的散乱程度，使回波强度减小。,F/A-18E/F,双斜切的进气道唇口（由上壁和内壁各产生一道激波），集中反射雷达波,F-22,CARET进气道，双斜切的进气道唇口（由上壁和内壁各产生一道激波），集中反射雷达波,X-32,采用可变进气道导流叶片，在低速大功率时，阻挡装置叶片会扭转打开，巡航时，叶片会收紧，从而减小雷达横截面。,F-35,DSI（无附面层隔道）进气道，内通道S形，进气道与机身一体化设计，减小迎风面积。,B-2,背负式进气，外部采用弧顶平底尖边的外形，内通道S形，进气唇口锯齿形，反射雷达波,