嘉莱特式进气道的优点是什么?为什么隐身战斗机只有f22用它?

寻找丢失的方向盘


除了F-22和超级大黄蜂,苏-57也是用加莱特进气道

加莱特进气道(CARET),正式名称为“双斜切乘波进气道”,属于超音速进气道的一种,与DSI进气道一样同属于更复杂的三维乘波体系进气道一种。他明显特征就是进气口外形为类似平行四边形的斜型,美国的F-22最先采用这种进气道模式,此外F/A-18E/F 超级大黄蜂战斗机和俄罗斯的苏-57也是采用加莱特式进气道。

F-22是最早采用加莱特进气道的战机

F/A-18E/F 是第二个采用加莱特进气道布局的战斗机

加莱特进气道最大优点在于利用双斜激波来控制进气道内的总压和空气流速,对进气道气流控制能力最强。战斗机飞行时,发动机桨叶运行速度不能超过音速,否则产生的激波会导致发送机发生喘振,甚至有可能导致桨叶断裂。所以需要在进气口设置措施对入口的气流进行控制,利用进气口产生的激波,以及进气道内类似河道一样的缩小再扩大的变化,产生气压变化,延缓流速。加莱特式进气道发展自二维可调挡板式进气道,他采用两道斜激波作用效果更强,因而加莱特式进气道更利于高超音速飞行,其在2马赫速度时,控制效果在目前各种进气道中最好。

二维可调挡板式进气道利用进气道各挡板来控制气流走向

另一个优点在于加莱特进气道与S型进气道布局配合效果较好,更利于隐身设计。因为加莱特式的斜面挡板对于自身内上角的部位遮蔽效果最好,所以战斗机在设计S型双弯进气道时,把发动机布置在对应进气道内上方,就可以取得非常好的遮蔽效果。

苏-57发动机舱正面对应的大致位置,其主要是利用加莱特进气道的挡板来实现隐身
生产线上的苏-57进气道结构,弯曲线还是比较明显,这点还是不能冤枉他

当然加莱特式进气道也有缺点,那就是结构过于复杂,重量代价很大。斜激波进气口附面层粘性气流效果很大,所以采用双斜激波的加莱特式进气道很依赖放气装置,需要设置进气道收集附面层气流和放气孔。再加上进气口的斜面挡板运动和控制装置,导致整个加莱特进气道重量代价相当大,轻型和中型战斗机选择相当不利。

在两种三维乘波体系进气道,加莱特式和DSI之间对比的话,两者互为优缺点。加莱特式调整能力强,但是重量大、结构复杂。DSI进气道调整能力差,但是重量小,结构简单。相比较来说加莱特进气道在2倍音速以上优势较为明显,而DSI进气道在1.2~1.8马赫区间性价比优势最为突出。


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F-22没使用DSI那是因为DSI进气道出来的时候F-22都服役了,所以后来美军F-35也用了DSI进气道,而且目前很多六代机概念图都出现了DSI的踪影。至于其他美国三代半没用DSI进气道,也许只是气动要改太大划不作,而且DSI进气道设计确实比加莱特进气道还要先进,至少结构简单减重明显,但是设计和制造也相对比较复杂。可能美国觉得自己发动机推力大,为了减少人工等费用开支,所以不屑于发展DSI进气道。





从超音速的气动效率角度讲,一款先进五代战机最好的设计当然是可动锥头,然后是可变坡道带排气阀,然后是固定带排气道的加莱特进气道。 当然了,反正没有那么牛逼的发动机不用在乎超音速性能,所以很多国家就都采用不可能超过M1.6-1.8的DSI了。而且DSI进气道后来是可以专门为超音速优化的,都能实现高超声速6马赫以上。DSI这个设计没有活动部件,重量轻可靠性好,性能满足要求。无非是设计时费点事多算算,之后都是省了。





像目前歼-20的极速就比F-22高0.5MA左右,因为F-22的加来特进气道重量大、阻力大、隐形差,现阶段就属于是淘汰货。宋文骢总师以前有篇文章提到最初我国的隐身战机还设想用腹部进气的加莱特进气道,不过后来改了变成现在歼-20两侧的DSI进气道。歼-20的设计对高速进行了优化,能轻则轻,虽然复杂点,搞清楚了就好。美帝么,可能当时也没搞清楚,设计偏保守,所以只能靠发动机了。总之可调的DSI进气道比不可调的加莱特进气道要更为先进。





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优点是调节范围宽,进气量大,隐身战斗机除了F22还有苏57也使用这种进气道,F35和中国的歼20使用的是更为先进的DSI进气道。

毫无疑问,CARET进气道是一种落后的进气方式,F22使用这种进气方式是因为在F22研制时DSI技术的研究还不深入(20世纪80年代)不成熟,从避免风险考虑。



随着DSI技术的成熟(20世纪90年代),DSI逐步取代了CARET进气道,F16、F35、歼10、歼20都用上了DSI进气道。

DSI进气道虽然看起来就是进气道唇口区域的一个三维鼓包,却蕴含着精妙的奥义,需要极高的空气动力学造诣才能设计出来,需要强大的风洞群才能进行验证,到现在为止,中国和美国研究的比较透,欧洲和俄罗斯还没见到应用成果。

进气道技术的发展大概经历了:机头锥形进气道——矩形进气道——CARET——DSI这几个阶段,DSI是CARET的升级版。



CARET进气道主要解决的问题,采用隔离的办法将粘滞在机体表面低速、紊乱的附面层隔离开,不让这一部分气流进入进气道,从而保证供给发动机进气气流的高速、稳定。加之当时的涡扇发动机尚采用的还是调节精度不高的机械液压调节方式,未应用数字电调技术,为了保证发动机的稳定工作和减小喘振,CARET进气道采用了调节斜板来匹配发动机工作状态和进气道进气量,这些都是行之有效的措施。

DSI进气道是无隔道进气道,对附面层的处理方式是让流进进气道的气体把附面层吹除,同时精心设计的三维结构可以在不同速度条件下自动调节进气量的大小,与发动机工作状态匹配。



优势:

最大的优势是减重。取消了CARET进气道的一系列机械、液压调节机构,至少可以减重200公斤,这是一个相当可观的数字,差不多就这一条就够了,任何战斗机的设计师都无法拒绝减重200公斤的措施。

第二,安全。取消了机械、液压调节机构就会避免由于调节机构实效带来的风险,符合“剃刀原则”。战斗机飞行过程中如果发生“进气道不调节”危险程度甚至超过“发动机停车”。


关于隐身:这部分争议比较大。实际情况是CARET进气道会与飞机机体产生空腔,空腔是一个强的RCS散射源,而且CARET进气道空腔不能进行遮蔽,这部分散射贡献了很大一份前向RCS。相比较而言,DSI的三维鼓包可以有很多处理措施,透波+吸波就能处理掉大部分RCS,F35机身这么多鼓包RCS控制的还不错,DSI技术功不可没!



DSI的不足:进气量稍小,有一个三维鼓包,进气量多少有点影响。还有就是大迎角时会产生气流震荡,对发动机调节是个考验。歼10B的眼镜蛇对发动机考验更大,这也是前一阵子航展歼10B眼镜蛇机动的高超之处,不过大家都把注意集中到强大的飞控上了,发动机强大的电调能力倒没人在意。

好了,基本就是这样,DSI是大势所趋。


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说得不错,在隐身战斗机中,只有F-22采用了加莱特式进气道,在F-22设计的那个年代,这种隐身进气道不需要调节,对超音速的适应范围也相对较好,而且隐身特性也还可以。后来伴随着对无附面层隔板进气道(DSI)的研究深入,发现DSI进气道隐身效果更好,速度适用范围经过充分实验发现可以更广。


F-22用的进气道纯粹是它的研制年代比较早,历史原因造成的。另外,需要说明一点,苏-57的进气道与F-22的进气道不是一回事,苏-57有所谓的可动边条,其实就是进气道的可调谐板。所以它的进气道和完全不可调的F-22的进气道还是不一样。

DSI进气道没有附面层隔道、隔板,重量轻,由于它是一个多波系进气道,优化得好的话,总压恢复系数在优化范围之内都比较高。



在DSI进气道方面,我国取得了更大的成绩,据说采用了刚性骨架,结合弹性材料,做成了可调节的鼓包,兼有可调节性进气道的优点和固定式进气道的结构简单,重量轻的特点。


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相对DSI它的优点是可调节好,可以在不同速度下始终保持最佳进气,高速性尤佳。缺点是相对复杂笨重。DSI优点是轻(减重很明显)、简单可靠,缺点是只能在某一个速度区段保持最佳性能,所以部分放弃高速性,但这个缺点不算突出,只要精心设计,就可以保证在关键速度区段获取最佳进气效率。所以总的来说还是DSI进气道代表未来发展趋势,F-22不用是因为它服役较早,DSI还没成熟就设计已经定型,变更DSI进气道代价较大。而由于美国发动机技术先进,推力富裕,加莱特进气道相对笨重的缺点也就不明显。之后的四代机大多用DSI,是因为DSI性价比更高。这里边苏57是个另类,他的进气道介于二者之间,外观看是加莱特,但含有DSI成分。


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进气道是关系飞行的重要支撑,没有他再牛🐮的发动机上天也表现不出来。发动机工作需要足够的气压,飞行中不断变换的高度、速度、姿态流经发动机的气流气压也不一致,发动机稳定的工作流必须有进气道支撑。除了控制进气量关键还要有足够的进气压力,也就是进气道提供的总压恢复系数,进气道对进气压缩效果越好总压恢复系数越高,发动机工况越好推力越大越省油(枭龙04号改装dsi进气道就比至少03号可调板进气道在最大航程,最大速度,以及推力上有很大进步)。总压恢复系数低发动机气压低推力小,就好比一般汽车上高原发动机没劲一样。

用加来特的还有FA18Ef啊!加来特进气道是采用高速乘波理论利用超音速分离激波增压的先进进气道,f22,fa18ef唇缘采用矩形双斜切乘波进气道,这种进气道相比传统多波系,单波系进气道不需要复杂的控制调节装置,超音速飞行进气均匀,气流畸变小(也就是气流均匀稳定,产生流量不够和进气量太大而溢流,导致发动机气量不足或超过流量而喘振停车)。

加来特进气道设计主要靠唇缘斜切以及内部吼道压缩进气故其最大支持马赫数并不高,其最佳超音速支持也就1.8马赫,最大2.2马赫飞行总压恢复系数就下降到0.87一下了也就到了安全飞行极限了。不过现代空战理论下新思维已经不在执着2马赫以上飞行够用就好。

当然f22加来特依然才用了附面层隔道,这种结构必然有附面层剥离通道放气门也就是在结构上还是多了些增加了重量,隔板之间的通道形成了雷达波散射巨大的谐振腔是很不利于隐身的,所以发展型就出现了dsi进气道!


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在飞机大马赫数飞行时,激波会贴附在进气口边缘,通过激波加压后的气流会加速进入进气道,而加莱特进气道的设计,会使气流经过激波后减速,再进入进气道,而经过激波减速后的气流是均匀的,这部分气流可以有效的提高进气道内部的气流性能,适合发动机的进气需要,不需要安装复杂的进气调节控制系统。

不过据我所知,并不是只有F22使用了该进气道,使用该进气道的战机还有美海军的F/A-18E/F超级大黄蜂,和俄罗斯空军的苏-57。


寒霜73277721


因为f22出现的太早了,那时dsi技术还不成熟,加莱特是当时的最优方案


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嘉莱特这个东西,比较早了,而22也太早了。

秦始皇再牛逼也吹不到空调坐不了飞机啊。

设计一个好的DSI需要大量模拟计算和吹风洞,22设计背景在冷战时期,加上那会的超算水平,各种原因导致没赶上DSI。


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进气质量好,乱流少。但缺点是那个夹缝是很强的雷达波反射器,不利于隐身。另外进气道里面还要隐身处理,否则压气机的叶片也能很强的反射雷达波。