dsi進氣道的優點是什麼?

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DSI進氣道的優點在於結構簡單、發展潛力巨大、隱身性能突出

作為目前多種超音速進氣口中最新一個設計作品,DSI進氣道可以說是瑕不掩瑜,在目前大多數空戰狀態下,優勢較為明顯。戰鬥機進行超音速飛行時,發動機渦輪葉片前的空氣流速不能超過音速,否則在激波影響下,輕則發射喘振影響動力輸出,重則引發渦輪槳葉碎裂,引發嚴重事故。所以必須在進氣口位置設置空氣調節措施,利用激波效應減少空氣流量,控制進氣道內氣壓,從而延緩進氣道內空氣流速。從早期一維乘波的激波錐,到二維乘波體系的可調擋板,最後發展到三維乘波體系的DSI和加萊特式進氣道都是屬於進氣道氣流控制措施。

二維的可調擋板式發展較為成熟,三代機中較為普遍,三維乘波體系的加萊特式進氣道也是其發展而來。

DSI進氣道所利用的是是超音速氣流衝擊DSI鼓包產生的發散激波,衝散氣流後,再通過進氣道唇口,形成二次激波效應,從而大幅度延緩氣流速度。同時兩股激波氣流相互作用,互相沖擊,附面層粘性氣流影響也較弱。DSI進氣道激波模型,他是利用DSI鼓包與唇口相互作用來實現氣流控制目的,兩者缺一不可。這是一種不同以往的複雜的乘波模型,看似非常簡單的敲了個包,但實際涉及的空氣動力學研究非常複雜和深奧,非一般的國家所能掌握。而DSI進氣道最大的優勢就在這裡,他的發展前景非常廣闊,可調擋板發展到加萊特式潛力已經基本吃光,而DSI研究應用才剛剛起步,鼓包怎麼個敲法,唇口裝置怎麼個配合法,這方面的研究潛力無限。

作為三維乘波體系,DSI的乘波效應是立體的,不僅僅是一個平面,他的乘波體系最為複雜,但相應的研究開發前景也最為廣闊。同時DSI只需要一個鼓包和唇口裝置就可以實現飛行包線內的氣流控制,不需要複雜的擋板活動和放氣裝置,在重量上大大節省。殲-10B通過改DSI進氣道設計,實現增加大量電子設備情況下,空重反而降低。而F-35要是不採用DSI設計的話,那真成了肥豬了

另一個方面就是隱身性能方面,DSI進氣道又一個學名,叫做無附面層進氣道,戰鬥機在超音速飛行時,機身表面會產生附面層粘性氣流,這股氣流流速很慢而且非常紊亂,所以通常採取附面層擋板將這層氣流隔開避免其吸入進氣道。所以美國方面到現在也沒有解釋,到底是使用了神盾局的哪項黑科技,F-22正面在擁有這麼明顯的附面層空腔情況下,依然可以實現0.01平方米的雷達反射面。而DSI進氣道,因為機身表面的附面層氣流在衝擊DSI鼓包後,被迫加速,變成正常的激波氣流,因而不需要進行附面層隔離處理,也就不存在附面層空腔情況,同時對於進氣道和發動機可以起到一定的遮蔽效果。

不過目前DSI進氣道模式主要問題在於難以調整,對於不同音速情況下氣流控制能力比較弱,目前DSI進氣道優勢主要是集中在2倍音速以內,2倍音速以上激波效應過強,氣流發散過於嚴重,弊端較大。但這一領域屬於朝陽產業,其研究前景的廣闊性非常值得期待。


五嶽掩赤城


首先解釋一下DSI進氣道,DSI可能大部分人不懂是什麼意思,其中文名稱為“無附面層隔道超音速進氣道”,這種技術即採用一個固定的鼓包來模擬常規進氣道中的一、二級可調斜板,並能夠達到對氣流的壓縮,更有簡化結構、隱形的目的。DSI進氣道具有結構簡單、重量輕、阻力小、有隱身性等優點。

更簡單的來說,DSI進氣道就是一個進氣道內的鼓包。

總體來說,DSI進氣道有三大優點

1.可以減重,為戰機加裝掛件提供可能性

一架戰機的性能表現,對於機身重量的要求是非常嚴格的,而DSI進氣道的使用則可以取消一些列加重負載,如附面層隔離板、放氣系統等大量的結構部件,由此整機甚至可以減重上百公斤左右,這上百公斤的節省,為戰機加裝高頻遠程雷達等先進裝備提供了可能性,即戰機後期優化改進空間可以更大。

2.雷達反射面積減小,戰機隱身性能提升

因為DSI進氣道取消了附面層隔道以及壓縮斜板等雷達反射面積稍大的部件,戰機機身整體的RCS(雷達反射面積)縮小,由此提升了戰機的隱身性能

3.優化戰機飛行效率,提供更高的氣流利用效率,減小阻力

DSI 進氣道,實際上在常規進氣道的基礎上,對於進氣口部分進行了改進,經過精確設計的三維壓縮面配合進氣口進行工作,不僅可以完成傳統附層隔道的功能,還可以提供對氣流的預壓縮功能,從而提高進氣道在高速狀態下的效率,可以顯著減小戰機在飛行中的風阻,提升戰機的飛行效率。




三三兩兩略知一二



W君總是覺得,不能因為我們用的是什麼就得拼命的鼓吹這個技術好。DSI進氣道是我們在殲-10B、殲-10C、殲-20、梟龍、FC-31等一系列戰機上都在用的一個進氣道技術。

它的特點就是在進氣道的口部鼓起來一個小包,使附面層氣流分離。利用這個設計就可以降低飛機發動機進氣道內的氣流速度而提高發動機效率。


那麼我們就得深究為什麼這個設計可以提高發動機效率,提高的原理又是怎樣的。說一個東西好或者不好必須知其然也得知其所以然。


其實所有進氣道的設計都來自於流體力學。當一個物體在流體(空氣、水)中運動的時候流體所體現出來的特殊特性就是流體力學研究的內容。


飛機在空氣中飛行,那麼空氣相對於飛機就是一種可以壓縮的流體,當飛機的速度不斷提高的時候空氣的流體特性也就越加顯著。


如果我們將飛機發動機完全暴露在外面,那麼就會出現一個很有意思的事情,當飛行速度超過發動機向後吹氣的速度的時候發動機葉片轉動就完全起不到效果了——這就是發動機葉片失速,緊接著就是喘振然後飛機發動機冒火燒起來。


這種問題對於戰鬥機或者小型飛機來說主要是由於附面層氣流造成的。這裡就得看一下附面層氣流了

當物體在流體中運動的時候,物體的邊界(黑色粗線)周圍的流體由於其具有黏性,就會被物體所帶動失去原有的速度,由於流體是一個整體,因此靠近被物體帶動減速的流體也會相應的減速。這樣在在運動物體表面就會形成一個附面層。

一般的我們所提到的附面層是指速度的附面層。在附面層外,流體的速度接近定值,不隨位置而變化。在邊界層內,在固定表面上流速為0,距固定表面越遠,速度會趨近一定值。

在這種特性下,發動機的進氣道就儘量的將附面層貼近於進氣道入口的位置,這時就有了最早的進氣道設計:

例如F-4的進氣道,在F-4進氣道和F-4的機身間有一個擋板,這個擋板叫做 Boundart-Layer Driverter(附面層轉向擋板)通過將機身的附面層氣流速度進一步降低這樣進入發動機的氣流則可以獲得更低的速度更大的壓力。


在二代戰鬥機後,大部分飛機都是這樣的設計,這種進氣道也叫做插入式進氣道。


很有特色的是後來的EF-2000,雖然是機腹進氣但也是一個典型的插入式進氣道。

更有特色的是EF-2000在附面層轉向擋板的位置加了可控的篩孔由內部機構控制孔的開閉為過量的附面層壓力卸壓。


在通過對附面層轉向擋板的調節飛機可以獲得極高的高速進氣壓力。這樣飛機的發動機效率就能夠提高很多。


在解決附面層的問題上呢就出了一個邪教。叫做無附面層隔道超音速進氣道,翻譯成英文就是Diverterless Supersonic Inlet,縮寫就是DSI。也就是大家說的DSI進氣道了。


本身DSI進氣道是洛克希德的一個研究成果。在1996年,在block30批次的F-16上進行了最早的DSI進氣道研究,9天內進行了12次飛行試驗得到了一些研究成果,最後直接作用在F-35的方案中。

這時最早的DSI進氣道設計,相比F-16的普通型號,DSI設計取消了附面層轉向隔板


說下DSI的優點,我們可以看到F-16的改進過程:

這種DSI進氣道直接靠隔板就可以搭建出來。省去了複雜的控制機構因此從結構減重來說是有優勢的。

但是由於其固定不變的形狀,會導致DSI進氣道僅僅能夠對一種速度進行最佳優化。

因此顯然DSI並不是整個飛行包線上的最優解。

只不過是相對於複雜的插入式進氣道來說減少了很多動作機構,結構減重明顯。


說到這裡,就有人會想起加萊特(Caret)進氣道,實際上加萊特進氣道在學術界提到的並不多,這時一種經過計算的二元進氣道,和插入式進氣道沒太大區別。

F-22上的這款進氣道就是典型的加萊特進氣道,沒有伸出附面層分離隔板。內部仍舊有調節機構。

上圖,調節擋板完全打開。

這種進氣道突出的是在飛行器氣動設計上的計算能力。如果算的好,自然可以省略掉附面層分離隔板以達到最高效率。而且由於內部可以有調節機構那麼在各種複雜的氣動飛行條件下則有更好表現。


下表就是F-35(DSI進氣道)和F-22(Caret)的飛行包線對比。

哪個更好是不是能看出來了呢?


軍武數據庫


DSI進氣道,又稱“三維鼓包式無附面層隔道進氣道”,它採用一個固定的鼓包來模擬常規進氣道中的一、二級可調斜板,並能夠達到對氣流的壓縮,以及簡化結構、隱形的目的。據專家介紹,DSI進氣道與常規進氣道相比,有三個主要優點:一是採用“錐形流”乘波設計,總壓恢復較高;二是減小了飛機迎風面的阻力,提高了飛機的隱形性能;三是不設計輔助進氣門和放氣門,取消附面層隔道後飛機可以減重數百公斤,大大減輕了飛機的結構重量。總體來看,DSI進氣道具有結構簡單、重量輕、阻力小、隱形等特點。而且DSI對速度適應範圍很廣,FC1採用DSI後甚至可以取消進氣道後的放氣門,對減輕飛機重量,提高戰術性能有極大好處。

另外一個附加的優點是改善隱身性,DSI鼓包可以遮蓋全部或部分渦輪扇葉,大大降低雷達反射波,降低被敵方發現的機會。


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戰機的DSI進氣道就是BUMP進氣道,無附面層鼓包進氣道,是兩種乘波進氣道之一,另一種是F22上用,加雷特進氣道,但加雷進氣道有附面層隔道,是強雷達反射源。

DSI用一個鼓包將附面層分開,加上前掠的進氣唇口,自然形成S形進氣道,沒有附面層隔道,可節省幾百公斤的重量。

DSI速度適應性比較好,當然比不上可調式進氣道,如二元多波系進氣道,但總壓恢復等指標都很好。

鼓包的形狀是經過計算適應一定的速度,形狀確定後就只有一個最佳適應速度。但一般不超過2m,有一種傳說,殲20鼓包的後半部分使用了可變形材料。

如形狀記憶合金,使得殲20可以有幾個最佳適應速度,也超過了2m。


郭先生29050861


談到DSI進氣道,其全稱是無附面層隔道超音速進氣道,它採用一個固定的鼓包來模擬常規進氣道中的一、二級可調斜板,並能夠達到對氣流的壓縮,以及簡化結構、隱形的目的。DSI進氣道具有結構簡單、重量輕、阻力小、隱形等特點。DSI進氣道有時候也稱為BUMP進氣道,中國習慣稱其為蚌式進氣道。


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