[科普中国]-战斗机如何“呼吸”？吸气太多太少都不行

　　要保持喷气式战机的“心脏”——发动机正常工作，必须要有设计合理的进气系统帮它吸入大量的空气，就如同运动员在长跑过程中需要呼吸调整一样，因此飞机的进气口技术对飞机发动机甚至全机性能的充分发挥都影响极大。那么，战机是如何“呼吸”的？

　　战机“心脏”需要“呼吸”顺畅

　　喷气式战斗机在空中飞行的过程中，发动机的进气过程远没有想象的那般顺利。飞机巨大的飞行速度以及高空的复杂气流，使得空气在接近飞机表面时的流速和方向变得很混乱，从而导致发动机出现“呼吸不畅”的现象，即发动机的压缩机叶片“呼吸”不到空气，好像轮子打滑一样。更糟的情况是压缩机“吃”不到空气后拼命“喘气”，致使大量空气涌入，然后被“呛住”，再缓一口气，然后又“吃”不到空气，这样反复导致发动机空中熄火。当飞机处于低速飞行时，出现这种情况并不可怕，反之飞机速度越高，问题越严重。尤其在高空，空气稀薄含氧量低，发动机效率会急剧下降，造成发动机空中停车，造成严重的后果。

　　吸气太多或太少，都不行

　　那么，战机要呼吸顺畅，发动机需要多少空气？“鹞”式垂直起降战机发动机的空气流量为196千克/秒，F-22的发动机约140千克/秒，以每立方米空气的质量约1.23千克算，一台F-22发动机进气口每秒要吸入约114立方米的空气，相当于一个长6米、宽6米、高3.2米的房间内的空气在一秒内全部被吸光。想像一下，如果在地面用一般抽气机完成这项任务，抽气机的进气口要多大？！不过，由于战斗机在飞行中速度很快，进气口的空气流速也很高，所以进气口面积相应地小很多。通常，超音速飞机在飞行时，其进气的气流速度也是超音速，进气口太大也不行，这样一来进气量太大也会导致发动机工作不正常，必须要自动“放”掉一些空气。为此，进气口的适当位置设专门的放气门或放气环，也可以在进气口外设法放走一些空气(称“溢流”)。而在飞机起飞、降落时，进气速度不大，进气量会不足，影响发动机推力，所以要在进气道两侧加一些“辅助进气门”。

　　由此可见，战斗机的进气系统极其复杂，需要多方面综合平衡再进行设计，于是就产生出各种各样的进气口。

　　五花八门的进气口

　　自从喷气飞机诞生以来，飞机进气口的位置各异，大体分为正面进气和非正面进气。

　　正面进气：进气口位于机身或发动机短舱头部。优点是构造简单，进气口前空气不受干扰，不过缺点也很明显，机头进气，飞机无法安装大型雷达天线，同时进气通道也太长，不利飞机内部设备安装。早期的战斗机进气口多数在头部，如米格-19、米格-21、美国的F-100，中国的歼-7等，采用发动机短舱式的进气口飞机有苏联的伊尔-28、雅克-25，美国的S-3“北欧海盗”反潜飞机等。

　　非正面进气：包括两侧进气、翼根进气、腹部进气、翼下进气、肋下及背部进气等，这些进气口位置的布置克服了正面进气的缺点，尤其是腹部和翼下进气的设计，充分利用了机身和机翼的有利遮蔽作用，改善了进气口的工作条件。在战术机动性能上，飞机在大迎角机动时发动机工作状态平稳。两侧进气的有美国的F-104、F-15等，苏联的米格-23、米格-25、中国的歼-8Ⅱ等；翼根进气的有美国的F-105、英国的“勇士”轰炸机等；腹部进气的有美国F-16、欧洲的EF-2000、以色列“狮”式战斗机等；翼下进气的有美国的B-1B、苏联的图-160、苏-27等；背部进气道的有美国B-2、A-10等。

　　进气口在不同位置以及形状不同，产生的气动性能也不一样，并无好与坏之别。腹部进气和机身两侧进气可以缩短进气道长度，留出机头位置给机载雷达，但使整机阻力增大。两侧进气对飞机侧滑很敏感，根据进气口的性能参数，分为亚音速进气口、超音速进气口等。进气口形状选择也会根据飞机的实际性能需要综合考虑。而一般战斗机的进气口大都在腹部或机身两侧，这是因为战斗机要做大机动飞行，必须具有足够的升力。采用背部进气在迎角状态下，仰起的机身就会对进气口起屏蔽作用，导致进气口效率大减。美国于20世纪50年代研制的F-107战斗机就采用背部进气口，由于效果不佳而最终未能服役。

　　隐身飞机的进气口设计要求更高

　　飞机的隐身性能已经成为现代战机的重要标准。而现代战斗机对雷达波的反射源主要是进气口、雷达舱、各翼面前缘、座舱及外露天线等。其中进气口约占全机雷达反射量的25%。如果进气口的隐身性能不好，发动机风扇和涡轮的正面暴露在雷达视线之中，那无异于黑夜中手电筒照在闪亮的大反光镜上，想看不见都难，因此隐身飞机的进气口设计必须符合隐身需要。

　　所有隐身飞机的进气口包括进气道都要涂吸波材料，这些涂层在不影响进气口其他系统正常工作的前提下，同时还要能承受高速气流的冲击以及约200°C以上的高温，不易剥落，使用寿命足够长。由于技术条件的限制，美军第一款也是世界上第一种可正式作战的隐身战斗机F-117采用网格状的格栅，可以使足够的空气通过，保证发动机的正常工作。同时这种格栅可通电加热以防止上面结冰，它对波长在10厘米左右的防空雷达的隐身效果很好，但削弱了进气道的效率，发动机效率也因此受损。不过，作为一款不强调机动性和极端飞行性能的“低性能”飞机，这种设计尚可接受。

　　相比之下，B-2轰炸机在进气口的设计上比F-117要好很多。它采用弧顶平底尖边的外形，因为B-2通常不作大迎角机动动作，而且主要应对地面雷达，尤其对地面防空雷达的探测，因此翼上进气口的隐形设计非常好。F-22采用进气口斜切，外形与机体的隐身外形协调，同时将进气口设计成S形，既可防止电磁波直接照射到叶片上，又可使进入进气口内的电磁波经过多次折射而减弱，这些隐身设计均堪称经典。（作者：陈宇 来源：中国国防报）