進氣道噴射

進氣道是一個系統(tǒng)的總稱，包括進氣口、輔助進氣口、放氣口和進氣通道，它是保證發(fā)動機正常工作的重要部件，它直接影響到飛機發(fā)動機的工作效率、發(fā)動機是否正常工作、推力的大小等，起到至關(guān)重要的作用，尤其對戰(zhàn)斗機的性能有很大的影響。其作用有：提供給發(fā)動機一定流量的空氣，飛行時要實現(xiàn)對高速氣流的減速增壓，將氣流的動壓轉(zhuǎn)化成壓力能，隨著飛行速度的增加，進氣道的增壓作用將更大。

進氣道的形式有可調(diào)式和不可調(diào)式，三維軸對稱型和二維矩形等。

機身/進氣道一體化歸根到底是機身與動力裝置特性的匹配。飛機設(shè)計中，如以嵌入式的機翼根部為進氣道入口，保證了機身附面層保持在進氣道外面；然而，進氣道亞聲速導管損失和不良速度場分布效應(yīng)的負面影響，與單臺發(fā)動機由分叉進氣道供氣，在偏航時產(chǎn)生的流量不對稱分布的周期效應(yīng)結(jié)合在一起，使發(fā)動機性能大受影響。這里的分叉進氣道，在國外被稱之為“雙進口進氣道”。通常，這種流量不對稱的流動現(xiàn)象，其最終結(jié)果是進氣道總壓恢復(fù)突然下降，使進入發(fā)動機的速度場分布顯著惡化，影響進/發(fā)匹配；此外，如果氣流在機身兩側(cè)管道之間振蕩，就會引起壓力快速變化而出現(xiàn)進氣道音爆的噪聲，并引起飛機振動。出現(xiàn)在其中的流動不穩(wěn)定性，是飛機設(shè)計不能允許的。其解決的工程措施是，避免兩側(cè)進氣導管的拐彎過急，并適度地延長共同管道的長度，使兩股氣流匯合后的靜壓力平衡功能保持到下游的壓氣機進口處。

沒有預(yù)壓縮作用的皮托式進氣道，在大Ma數(shù)飛行的情況下，僅產(chǎn)生一道簡單的正激波，造成很大的總壓損失。但是，這個損失可由生成若干道較弱的斜激波(經(jīng)過進口中心錐體或楔形板預(yù)壓縮表面)，而不是僅通過一道簡單的強激波來減少。例如，皮托式進氣道在Ma=2.0的總壓損失為27% ，當在進口內(nèi)插入了一塊簡單(單級)楔形體的時候，可以減少到9%(見圖1)。對于腹部進氣道，完全可采用一體化設(shè)計，將楔板轉(zhuǎn)化成前機身下表面凸出的一塊斜坡，從而簡化了進氣道的設(shè)計，降低了制造難度，減輕了總質(zhì)量。該一體化設(shè)計縮比模型的側(cè)視細節(jié)參見圖2。

進氣道9%的壓力損失將減小動力裝置凈推力約15% ，并增大燃油消耗率約6% 。雖然附加一塊適當?shù)男ㄐ误w要付出其復(fù)雜性、成本、質(zhì)量和亞聲速阻力為代價，但有了更多的傾斜壓縮表面，總壓損失可以更進一步降低，這一點，對于急需“增推減阻”的飛機設(shè)計或改進改型，顯然有重大意義。

對F-15戰(zhàn)斗機的主要要求是能充分利用剩余推力成功地實現(xiàn)空中優(yōu)勢和完成攔截任務(wù)，并具有較高的超聲速性能。其推進系統(tǒng)的成功設(shè)計為其達到所要求的性能起了很大的作用，其中比較突出的有：位于機翼前緊靠機身的兩側(cè)可變幾何二維進氣道，采用高推重比的發(fā)動機F-100，低阻的機身后體/噴管系統(tǒng)的一體化設(shè)計。此推進系統(tǒng)的成功設(shè)計共經(jīng)歷了5年3個階段(概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)確定、系統(tǒng)發(fā)展)。

進氣道-機身構(gòu)型進氣道的形式

對F-15進氣道的具體要求是：在機動飛行及最大馬赫數(shù)飛行時有較高性能，氣流在一般飛行條件下有最小的畸變，在特殊飛行條件下有可被接受的畸變，進氣道具有最小的重量。

通過對翼下進氣道、雙發(fā)單進氣道和機身兩側(cè)進氣道等3種形式的大量風洞試驗，選定了機身兩側(cè)進氣形式。通過對單級二維壓縮及帶有中心錐或半中心錐的軸對稱等兩種形狀進氣道的風洞試驗，證實二維進氣道具有高的總壓恢復(fù)和小的流場畸變，且較軸對稱形狀更不易受側(cè)向流動的影響，因此，確定采用二維進氣道。隨后，進一步的風洞試驗確定應(yīng)采用四波系減速的二維進氣道。為獲得最小的結(jié)構(gòu)重量，風洞試驗比較后決定采用3個隨迎角變化可轉(zhuǎn)動的壓縮楔板。圖7所示為F-15進氣道的結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)可變幾何捕獲面積，所有壓縮楔板均可隨迎角和馬赫數(shù)的變化而相應(yīng)轉(zhuǎn)動。整個進氣道系統(tǒng)由一個計算機單獨控制，以使在很寬的超聲速飛行范圍內(nèi)和其他飛行條件下達到進氣道/發(fā)動機的最優(yōu)匹配。

進氣道-機身構(gòu)型前機身及進氣道的相應(yīng)修型

為實現(xiàn)前機身/進氣道的一體化設(shè)計，前機身的修型有：機身下表面的圓滑化，機身側(cè)表面的圓滑化。機頭的抬高，及機身最大寬度線上移等。圖8畫出了修型前后前機身的外形和相應(yīng)的局部流場。進氣道的相應(yīng)修型有：進氣遭外唇口前緣變鈍，進氣道隔開機身一定距離，第三級壓縮楔板稍微抬高等。 2100433B