进气口有何设计奥秘?专家用流体力学解答,这下收益颇丰了

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为什么战斗机的进风口与机身之间有间隔?在这里,我们会提到层流的附面层与湍流的附面层。层流的附面层是一层一层的气流叠加而来,湍流的附面层则是很多小的空气团不停地向各个方向无规则运动,而且湍流的附面层的厚度非常厚,但是对于机翼建立升力来讲,这些附面层是不可或缺的,只不过,对于发动机而言可能就不是什么好事了。

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首先,这个问题又是附面层惹的祸。贴近机身的附面层对于发动机的工作都是不利的:层流附面层会因为附面层流速过低导致叶片攻角过大,在某些局部区域内产生反向气流,然后发生喘振现象。这种情况下,发动机会产生极强的低频震动,对于飞机与发动机来说都是极其不利的。那么湍流附面层呢?众所周知,湍流附面层其本质是一个个空气微团,由N-S方程推导而出,其运动方式趋近于混沌。当叶片遇上这些湍流边界层时,会引起发动机叶片受力不均。

正常情况下,发动机叶片应该是在任何位置都受到均匀大小的力,可以当做固定的载荷来看。但是按照上述,其载荷就开始循环起来:高-低-高-低,就像是把叶片掰来掰去一般。这样工况下的发动机叶片在非常短时间内就能产生足够的金属疲劳,从而导致叶片被其撕碎。

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由于湍流附面层中的空气微团呈混沌状态,所以无论是计算还是模拟上都相当困难,N-S方程也成为了世纪难题之一,导致无法对症下药来改善。

但是,这样的间隙由于是不连续的,在增加阻力的同时,也对隐身有着非常严重的影响。所以有了DSI进气道,不仅在一定程度上消除了附面层影响,还能减轻重量,使其在超音速有着不错的表现。还能进一步减小反射面积,可谓是一举多得。


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