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图文并茂:四代机战机基本知识,进气道的故事!

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ZT,很好的一片科普贴,来自美言


IP属地:陕西1楼2013-04-30 15:38回复
    人长寿的秘诀是什么?保持呼吸,不要断气!
    对飞机而言,发动机要是吸不到空气了,那飞机就要开始做惊险刺激的蹦极运动了,而且是单程运动。飞机进气口作为吃空气的部位,随着技术的不断进步,要求却越来越高,已经成为飞机设计的一个重要组成部分。
    在飞行中,空气应该平顺的进入发动机,这样才能给予最佳的工作状态。如果进去的气流有时强时弱,发动机在高速运转中就容易出事。吃不到空气,发动机就要空转,飞机就容易失速。如果吃的空气过多,就像有人拿高压气阀对着你的鼻子猛吹,你难受不说,还容易振喘。
    1.jpg (32.76 KB)
    2009-9-21 13:21
    羊儿咩咩不在地上吃草,却蹦到天上来吃空气。。。。
    总的来说,喂给发动机的空气应该保持在一个合适的范围内。如果空气不足,那就应按想办法多开些孔,或者把鼻子撑撑大,使发动机能吸入更多的空气。如果空气太多了,那就应该放掉一些,不让空气堵住发动机。但仅仅有这些还是不够的,由于空气有黏性,在与飞机表面接触的时候,其近层由于黏性会有摩擦作用,并导致速度逐渐降低,产生紊流,这一层被称之为边界层。而且随着速度越快,影响越多。这是一个递增的影响,如果表面越长,影响会不断累积。一个100米长的板子,边界层流到最末端会扩散到1米厚。而外层则不受影响。
    2.jpg (51.92 KB)
    2009-9-21 13:21
    这张图就展示的很清楚了,气流在物体表面接触时候,它的近层会因与表面摩擦等因素,速度会逐渐减慢,最终产生不温稳定的紊流,而外层却不受影响。这层紊流是是边界层。
    3.jpg (13.04 KB)
    2009-9-21 13:21
    而这张图就显示的更直观了,气流经过圆柱体时,表面的气流不断减慢,流到最后反而成了倒流,会产生不断旋转的乱流。而且它的边界层界面也随着流动不断的扩大。
    这边界层进入发动机后会影响发动机工作,还会造成伤害,所以一般进气口都是避免吸入边界层的。为了使进气口里就能吸入纯净的空气,人们想出了各种办法。比如把整个进气口远离机身,在进气口前面加到隔板来把边界层分离掉。或者直接用压力把边界层给挤压出去。


    IP属地:陕西2楼2013-04-30 15:41
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      11.jpg (38.29 KB)
      2009-9-21 13:21
      F15的楔形进气道,可以看到它的进气口很明显的像被人拿了把大菜刀斜切了一刀。左上的彩图里可以看到F15的进气道入口,如果仔细看的话能发现上唇有三块斜板。
      它进气道的内部图清楚显示了在进气口后有一个突然增大口径的扩压段。通过进一步扩大截面积来降低气流速度。
      12.jpg (48.01 KB)
      2009-9-21 13:21
      这张近距离图就显示了它的工作原理。F15进气道口有三块斜板,激起3道斜激波加上之后的1道正激波,总共4道激波。这种进气道也称之为多波系超音速进气道。
      超音速气流在3道斜板的层层压缩下,产生3道斜激波,速度一步一步地降低,在第4道已经减为正激波时,它的速度刚好是1马赫,之后速度就从超音速开始降低为亚音速了。要把超音速的气流减成亚音速并不是个连续减速的过程,而是依靠激波来一段一段的减速。这就好比你从二楼下到一楼,楼房里没有一个斜坡,只有楼梯,你就只能这么一级一级的下去。
      但也可以看到,它的第三道斜激波跟第四道正激波有交汇的地方,交汇处会产生一些滑流,两个激波面相交会形成一条线,这条线上都会产生滑面。滑面进入进气道会有气流畸变,对发动机的工作不利,要让这股滑面放走,不让它进入发动机。
      而进气道内部的扩压段再次把亚音速气流减速,使得最终“喂给”发动机的气流速度往往只有0.3到0.5马赫。F15的进气道口是可以整个向下偏转的,中间的第二块斜板有吸附层小孔,把进气道自身产生的附面层给吸附出去,而它的第三块斜板,也是可以上下偏转的。F15在飞行时,通过电脑自动调整斜板的角度来调整激波的方向,使进气道始终处于最佳工作状态。
      13.jpg (24.33 KB)
      2009-9-21 13:21
      YF-22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。
      对F-15这类的“口”形进气道,激波从上臂产生并会在整个下壁前方产生溢流,而对F-22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。F-15在不同马赫段时需要不断调整斜板的角度来保持溢流始终出现在下唇口前方并从前方流走。而F-22在从低马赫到高马赫飞行时,他的第一道斜激波角度会不断后倾,而第二道正激波也会相应的不断后移,但两道激波始终会在外下侧相交,使得溢流始终从外下侧流走。
      这种进气道有双压缩面,具有更高的效能,而且结构也简单,更重要的是它非常符合隐身的要求,可以很容易的跟飞机的边线条融为一体。它在飞机做大仰角或侧滑时对气流的敏感性也比常规的进气道要来的小。但这种进气道对设计的要求非常高,如果弄的不好,只会弄巧成拙。国内对这种进气道也有深入的研究,相信等我们的四代机出来后,也会看到这种CARET进气道。


      IP属地:陕西5楼2013-04-30 15:44
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        我们的枭龙最先用上DSI,那是出口给小巴用于替换他们的歼7。而对于歼10,现在也出现了DSI进气道的改进型,说明他从空优开始向多用途转化。


        IP属地:陕西13楼2013-04-30 15:51
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          飞机飞起来后,开始小角度侧飞,调整好飞行路线后,就一路朝天空绝骑而去。

          你从窗户侧面望去,大地已模糊,白云在你的下方,你的直觉告诉你,你已经高高的天空飞翔。这个高度,已经超越了所有鸟儿能飞到的极限,从这时起,天空就是你的。

          窗外的景色很美,而你回过头,从窗前看时,惊艳的景象终于出现了,你看到了太空。太空第一次与你这么地接近。放眼脚下,白云,大地尽收眼底。

          调整到正姿势,这时候,黑白分明。你的上方是深邃的太空,你的下方是亲爱的地球母亲,你看到了天际线。而你就在最中心,如箭一样的在两者中间飞翔。

          米格25开始偏转,在茫茫高空中,一切是那么的宁静,那么的炫丽。能飞到这种高度,是多少人的梦想啊。飞行在天际线中,你有何感觉?

          飞机继续偏转,这时候,你又看到了熟悉的蓝色地球。你高高在上,你会发觉,地面的一切是多么的渺小,是多么的微不足道。60亿的人生活在同一个星球,世界在你下方,而黑色的太空,遥远且是那么深不可测。世界有时候很大,有时候却是非常的渺小。你望着弧线的天际线,畅游于天地间

          爽过之后,就重新回归大地母亲,远方的降落场就在眼前,难道就这么的结束了么?

          不,飞机直直飞过跑道,在尽头处再次的偏转,来一个大回环,好让你回味回味一下刚才的爽快感。

          转了一个大圈之后,才是真正的降落。打开起落架,已经能听到轮胎刮到地面的声音了,米格25安全的降落,整个过程终于结束。


          IP属地:陕西16楼2013-04-30 15:52
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            翱翔于天际的黑鸟

            为了能过那道变态门,米格25采取了极端闷骚的暴力不锈钢+硕大无比的呼吸器和同样巨大无比的发动机。那么让我们把目光放到地球的另一端,看看在大洋彼岸的那个国家,看看他的作品――SR71黑鸟是如何做的吧。与米格25相比,他们俩不是既生瑜,何生亮,而是采取了截然相反的路子,你走你的独木桥,我过我的阳关道。米格25把传统推到了极限,而黑鸟是用了一个全新的涡喷-冲压组合循环发动机及其独特的进气口。走的是一个新概念。
            对于传统的飞机在低速情况下,需要依靠发动机不停的转动来把空气吸入一步步增压。但随着飞行速度的不断提升,迎面气流越来越强,能转化的压力能越来越充沛,飞机压气机的增压效果就逐渐下降,这是一个此消彼长的过程。那么只要速度达到一定程度,转化出的压力能就会足够强,以至于都不需要压气机来压缩了,甚至他本身减速增压获得的压力就已经超过发动机所能转化的压力,这时候发动机都已经属于多余的了。只需要在最后的加力燃烧室里注入燃料,飞机就能飞的奇快无比。
            也就是说,只要速度达到一定程度,都可以不需要发动机了,直接在最后注入燃料,充分燃烧后从喷口碰出,飞行就能高速飞行。这种形式的发动机就叫冲压发动机。冲压发动机的最低工作环境是在2马赫以上,随着飞行速度不断提升,在3马赫时他的效率就会全面超过传统的涡轮喷气发动机。但由于在2马赫以下,这种发动机根本就启动不了,那么如果把两种混合起来,低速的时候用传统的涡轮喷气发动机,高速的时候改用冲压发动机,岂不妙哉?黑鸟即用此哉。。。。。。。。。。。
            但万年不变的是,首先要把3马赫的高速气流减速到亚音速,这样才能产生足够的压力。如何减速呢?黑鸟自有它的一套。
            前面在讲解F15的多波系进气道的时候,讲过第三道斜激波跟第四道正激波的交汇处会“打架”,产生滑流。这滑流进入进气道会使气流发生畸变,不利于发动机的运作。发动机需要的气流是:高密度,高压强,稳定的气流,而不需要高速或紊乱的气流。

            对激波而言,如果两道不同的激波碰一起了,就会开始“打架”,融合成一道偏离原先方向的另一道激波,两道激波的交汇出还会产生滑面,这张NASA的演示图演示了两种模式下激波的交汇情况。但如果我们仔细看图中右图的话,会发现个有趣的现象,激波打到壁面后会发生折射。

            风洞里的图这证实了这一点,上下两个板子产生的激波在后面打到了一起,然后各自改变方向,打到壁面后反弹,再次交汇,再次反弹。由于气流经过激波后会增压减速,气流性质跟原先的有点不一样,流速慢了点而压强却强了点,于是后面反弹的激波角度比刚才的大一点,然后再次增压减速。。。。。以此类推。
            但进气道这么的大开嘴巴,固定在那,很难满足发动机在各个马赫段对进气的要求。而且两道激波在里面你来我往,后面各个区域内的压力是远近高低各不相同,无法给予发动机稳定的气流。
            而如果把这进气道稍微改进一下,把一块斜板伸出来,这样他产生的激波也就往前移。让他一直移到另一个斜板外面,激波刚好搭在外唇口,这样里面就只会产生一道激波在里面弹来弹去。而伸出去的激波把外唇口罩住,里面就成了一个封闭的管道,提高了总压恢复系数。里面的激波弹来弹去,不断衰减,那么早晚有一天,会看到让人熟悉的末端正激波。代表那时刚好在1马赫,正激波过后,后面的就正式减为亚音速了。


            IP属地:陕西18楼2013-04-30 15:53
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              黑鸟进气道口,口里含一枚像枣核一样的尖锥。从这个尖锥引出向后的激波,刚好打到外罩的边缘,外罩产生的激波在管道里来回的弹,每弹一次,激波角度增大一些,弹到最后,激波就成了90度,变成正激波,代表刚好减到1倍音速。之后就减成了亚音速,然后枣核的后段收缩,相当于进气道的扩压段,这样就完成了把高速的气流转化成稳定的高压气流。
              冲压发动机的进气道要求高,如果前面尖锥引出的激波打的位置不好,就会严重影响发动机的效果。所以一些采用冲压发动机的导弹,都会先用火箭助推器把导弹推到一定的速度后,冲压发动机才开始工作。
              对于SR71,为了能满足从0到3马赫的全程反复工作,它在尖锥的后面加了一个传统的涡轮喷气发动机。在低速的时候,里面的喷气发动机工作,黑鸟跟一般的飞机并无两样,等飞到高空高速的时候,喷气发动机怠速运转,开始使用冲压发动机的工作模式。不但如此,他的尖锥还是可以前后移动的,是为了能不断调节激波的位置,使发动机一直处于最佳的工作效率。他的尖锥在低速的时候伸到最前端,飞的越快,尖锥越往后退,当达到最快的3.2马赫的时候,尖锥退到最里面,这时候激波刚好搭在进气外罩上。
              不过,黑鸟的发动机看起来简单,但实际操作起来一点都不简单,甚至用变态来形容。下面请看他的工作模式演示图

              怎么样,密密麻麻的看的头都大了吧,不同的马赫段都有各自的工作模式。总的来讲,在低速的时候,尽可能的把气流分配给喷气发动机,在中速的时候,把气流分成两股,一股给发动机,一股通过旁道系统流入后面,同时他的尖锥后移,毕竟过渡状态,大家都要有个过程的嘛。而在3.2马赫高速的时候,尖锥移到最里面,激波刚好搭在外罩上,高压,高温气流通过旁路系统流到最后面的加力燃烧室,注入燃料点火燃烧,发动机怠速运转,不产生任何推力。整个过程全靠加力燃烧室产生巨大的推力,或者说是冲压燃烧。


              IP属地:陕西19楼2013-04-30 15:54
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                这个是黑鸟的前辈兄弟,老大哥A-12,A-12共造了12架,他们整齐的排放着。其中有一架飞机的后座舱突起,这是唯一的一架教练机TA-12,绰号“钛鹅”。

                二哥YF-12A(左)和三弟SR-71(右)的对比。YF-12A作为一架高速截击机共生产了3架,由于机头装有雷达因而显得比较大,而且边条也是不连续的,这是YF-12A区别于其他系列的最显著标识。

                最早的黑鸟是没有边条的,看上去有点像F-104。后来CIA强烈要求飞机具有一定的隐身性能,所以才给飞机加了边条。最初黑鸟是有鸭翼的(左),后来风洞测试表明边条的效果很好,以至于不需要鸭翼,所以才有了现在所熟悉的外形(右)。

                二哥YF-12A在他机身两侧各能内置两枚导弹

                YF-12A也成功进行过数次拦截试验,不过后来这个拦截机项目被取消,二哥只能匆匆退场。


                IP属地:陕西21楼2013-04-30 15:55
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                  黑鸟的的机体是以高速时的状态为设计标准的,由于高速飞行时产生的高温,机体会膨胀。他的钛制蒙皮,在逐渐升温中,材料反而会不断强化,机体结构会随着温度升高而不断变强。那么这个后遗症就是:地面静止时,整个机体会萎缩,这个是跟一般飞机截然相反的性质。黑鸟高速飞行时,全身血脉喷张,强力雄起,而呆在地面机库时,全身阳痿,而且还早泄。地面时能到处看到表面的皱起,很多部件收缩,导致全身不断的漏油。而高速飞行时,刚好膨胀把所有的空隙都堵住了,就不漏油了。

                  看到了么,这油漏的,滴滴答答的往下掉。。。钱就是这么漏掉的。。。。
                  黑鸟在地面滴滴答答的漏油,满身都是油,满地都是油,谁都拿他没办法。唯一能阻止他漏油的办法就是让他到天上烤烤热。

                  在跑道上准备起飞的黑鸟,不过黑鸟起飞时只加很少的油。起飞后,要先进行下加速冲刺,把机体烤的热乎乎的,这样机上的空隙就堵住了,不漏油了。热身运动嘛,身体暖和了,才好去执行任务。

                  预热活动完毕后,机内的油也差不多了,然后跟加油机汇合,加满油后,又是一条好汉!!!不过好汉逞不了多时,黑鸟是个名副其实的油老虎,一直处于冲压燃烧下,油是哗啦啦的消耗。有时候执行一次完整的远程侦查任务,前后总共需要加油12次。。。

                  由于黑鸟满世界的执行任务,而且燃料特殊,需要有一支完整的加油机队伍。人们还尝试过用波音747给黑鸟做加油试验,但只是用来收集飞行的数据,并没有真正的给黑鸟灌油。

                  后就是深入敌区,进行侦查。凭借着他的高速,在他服役期间从未被击落一架。SR71是世界上飞的最快的飞机之一,而且他是可以持续进行3.2马赫飞行,这使得他跟米格25存在极大的区别。SR71曾在1974年9月1日创下从纽约到伦敦的最快记录:1小时54分56秒。而相比之下,协和式要3小时20分,波音747则要整整7小时。在1990年,黑鸟从西海岸的洛杉矶飞到东海岸的华盛顿仅花了1小时,创造了3.3马赫的速度记录。
                  在黑鸟的服役期间,他经常光顾朝鲜,中东,北越,古巴,利比亚,苏联和东欧国家。在2.5万米高空,3.2马赫巡航,藐视一切防空导弹。这里面有个有趣的战列,黑鸟曾光临以色列侦查以色列的核设施,以色列空军还是出动了F4还是发射了响尾蛇,还是遇到了一样的结果:黑鸟飞的比导弹还快。以色列很郁闷。。。。先后遭到自己的爹爹和敌人的爹爹两个轮P,你方唱罢我等场,你一杯来我一壶。。。
                  黑鸟也经常光临过中国,1968-1969年,人民军防空导弹部队对SR-71“黑鸟”共进行了22次导弹攻击,发射了29枚B-750型地空导弹,却未能击落一架,杀伤概率为0。除了黑鸟实在是飞的高,跑的快外。我们受当时技术的制约,确实无法有效对付黑鸟这个大怪物。不过此一时,彼一时,到今天,我们的技术突飞猛进。这些年,面对一个比黑鸟飞的更高,更快的超级大怪物,我们也已经有了有效的对策。自从对那超级大怪物来了一次轻轻的一吻之后,他就再也没有光临过中国上空。

                  任务完毕返回,开始降落。由于长时间泡在高温 “桑拿浴”里,他的机体还是滚烫滚烫的,以至于好长时间,地面的人员都无法靠近,等待着他逐渐冷却。不过飞机是冷却了,里面的人是安全出来了,飞机的老毛病又开始犯了:全身阳痿,而且开始嘀嗒嘀嗒的早泄了。。。。。


                  IP属地:陕西22楼2013-04-30 15:55
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                    高速飞行时全身的温度分布图,其中驾驶舱头部的温度最高。

                    那驾驶舱里自然也好不到哪里去,长时间坐在这个“闷烧锅”里,里面的人员自然要重点防护。黑鸟的飞行服,由David Clark公司负责设计跟生产,成为A-12、YF-12、MD-21、SR-71的标准服,后来这套服装还成为航天飞机用的宇航服了。所以这张行为艺术照里的飞行服,感觉特别眼熟。

                    黑鸟的总设计师凯利·约翰逊(Kelly Johnson)。此超级大牛人创建了大名鼎鼎的“臭鼬工作室”,U-2,SR-71等飞机均出自他手,是个航空界的超级天才。对美国人来说,他是一个真正的国宝级人物。
                    SR-71黑鸟是一代名机,他内含有大量的机密,很多到今天都没有完全解开。最近,由于地球的危险程度增加,老当益壮的黑鸟再次现身,为地球的和平做出贡献

                    华盛顿航空博物馆的这架黑鸟,其实内藏惊天机密。正所谓最危险的地方,其实是最安全的地方。每天接受游客的拜访,又有谁会知道,他每天都默默注视着地球的一举一动。他一直等待着,等待着一个日子,什么日子?其实是。。。。。。。

                    答案就是:跟擎天柱合体的日子。这只黑鸟明白到,在遥远的外太空,塞伯坦是真实存在的,地球的危险是肯定的。800万年前,汽车人与霸天虎争斗,集体掉落到地球,其中一方掉落在南极,另一方掉落在青藏高原。他们内含巨大的能量,能扭转地球的未来,当地球人发现这个惊天秘密后,无数的人想前往那两个地方去寻找能量源,包括当年的纳粹,他们一支前往南极,一支前往青藏高原去寻找所谓的雅利安文明,其实真正的目地是为了寻找能量源。而黑鸟的任务,就是防止能量源落入坏人之手!!!!


                    IP属地:陕西23楼2013-04-30 15:56
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                      而真正的发射实验是在1966年3月5日,虽然发射成功,但后排的观察员发现D21有数秒钟的时间一直漂浮在机背上迟迟不肯离去。吓的他说这几秒钟如同两个小时那样漫长。。。。。。

                      第一次试飞时,不知什么原因,D21受到了些损伤。
                      同年4月27日,进行了第二次成功发射,D21A成功飞到了27400米高度,并飞到了3.3马赫。虽然飞了2200公里后失踪了,但这次的巨大成功仍然使他们获得了15架D-21的订单。

                      这是“女儿21”在“母亲21”背后时拍到的情况,此时尚未发射。

                      “报告老母,报告老母,闺女已发射,闺女已发射。。”
                      “老母收到,老母收到,一切正常。。。over”
                      6月16日的第三次试射仍然成功。但由于电力问题,投放舱没有成功投放。

                      M21与D21正在准备接受空中加油。
                      但7月30日的第四次试射出现灾难性事故,D-21发射的时候撞到了载机,子母机全部撞毁,两名飞行员成功跳伞掉到海里,但其中一名飞行员的压力服漏水,导致被淹死。。。

                      这是第四次发射实验,D-21已经投放,但明显看到D-21目标显的格外大,说明它发生了翻滚。

                      这已经很明显看到撞击了,两机都挤在一起了,机尾后部已经不断地泄露出燃油。

                      最终,母女俩化作了一团团的火花。可怜的发射员,能从如此恐怖场景中逃出,最后却是被活活淹死的。。。。。而这位衰哥也成个整个黑鸟系列(从A-12到SR-71)里唯一的一个因公殉职的人。。


                      IP属地:陕西25楼2013-04-30 15:57
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                        涨姿势了


                        IP属地:浙江28楼2013-04-30 16:06
                        收起回复


                          IP属地:上海29楼2013-04-30 16:09
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                            好看~


                            IP属地:广东30楼2013-04-30 16:24
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