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進(jìn)氣口
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進(jìn)氣口,空氣管道或類似結(jié)構(gòu)的開(kāi)口,它利用飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)而搜集空氣,引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)或通風(fēng)機(jī)里去。

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口流速的馬赫數(shù)約為0.4,對(duì)流場(chǎng)的不均勻性有嚴(yán)格限制。在飛行中,進(jìn)氣道要實(shí)現(xiàn)高速氣流的減速增壓,將氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋kS著飛行速度的增加,進(jìn)氣道的增壓作用越來(lái)越大,在超音速飛行時(shí)的增壓作用可大大超過(guò)壓氣機(jī),所以超音速飛機(jī)進(jìn)氣道對(duì)提高飛行性能有重要的作用。

分類

進(jìn)氣口按形狀與位置可分為前緣進(jìn)氣口、漏斗形進(jìn)氣口(或風(fēng)斗形進(jìn)氣口)、蒙皮進(jìn)氣口、內(nèi)部進(jìn)氣口等。

按進(jìn)氣口在附面層外或附面層內(nèi)工作,又可分為頭部進(jìn)氣口(亦稱沖壓式進(jìn)氣口)與淹沒(méi)式進(jìn)氣口。后者還可分為全淹沒(méi)式與部分淹沒(méi)式。

前緣進(jìn)氣口

開(kāi)在機(jī)翼前緣或機(jī)頭等處的進(jìn)氣口。這種進(jìn)氣口因?yàn)檎龑?duì)著遠(yuǎn)前方來(lái)的自由氣流,進(jìn)口處沒(méi)有附面層,所以也稱為頭部進(jìn)氣口。它的總壓恢復(fù)很好,但氣動(dòng)阻力較大。

漏斗形進(jìn)氣口

將進(jìn)氣口裝在飛機(jī)蒙皮上,并做成風(fēng)斗形向外突出在與飛機(jī)蒙皮平行的氣流中。

這種進(jìn)氣口的總壓恢復(fù)和所輸入的流量與進(jìn)氣口所接觸的附面層氣流的相對(duì)量有關(guān)。當(dāng)它主要與自由氣流接觸時(shí),可以具有與前緣進(jìn)氣口同樣好的總壓恢復(fù),但氣動(dòng)阻力較大。這種進(jìn)氣口稱為沖壓式風(fēng)斗進(jìn)氣口。當(dāng)進(jìn)氣口基本上與附面層接觸或在附面層內(nèi)工作時(shí),稱為淹沒(méi)式風(fēng)斗進(jìn)氣口。因附面層氣流的能量較小,所以這種進(jìn)氣口的總壓恢復(fù)較差,但氣動(dòng)阻力也較小。

蒙皮進(jìn)氣口

在飛機(jī)蒙皮平面開(kāi)一個(gè)進(jìn)氣口。由于這種進(jìn)氣口處在附面層內(nèi),故又稱為埋入式進(jìn)氣口。埋入式進(jìn)氣口的軸線同蒙皮表面的傾斜角是影響總壓恢復(fù)的主要參數(shù),軸線相對(duì)于表面的傾斜角愈小,其總壓恢復(fù)就愈好,當(dāng)進(jìn)氣口軸線順著氣流的方向時(shí),可以獲得最好的總壓恢復(fù)。此外,進(jìn)氣口的寬深比也會(huì)影響其性能。當(dāng)馬赫數(shù)大于0.9時(shí),深而窄的進(jìn)氣口比淺而寬的進(jìn)氣口阻力小,且其總壓恢復(fù)及質(zhì)量流量都較大;但在馬赫數(shù)較低時(shí),卻是寬進(jìn)氣口的性能較好。總的來(lái)說(shuō),蒙皮進(jìn)氣口比其他類型的進(jìn)氣口氣動(dòng)阻力小,但其總壓恢復(fù)和質(zhì)量流量也較小。

內(nèi)部進(jìn)氣口

它是在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道側(cè)壁上開(kāi)的一個(gè)進(jìn)氣口。因?yàn)橐话惆l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道都設(shè)計(jì)得很好,所以它的總壓恢復(fù)也較好。而且,這種進(jìn)氣口可以保證在地面停機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)工作)和低速飛行時(shí),熱交換器冷邊有足夠的流量,從而改善環(huán)境控制制冷系統(tǒng)在地面和低速下的性能。

不同類型的進(jìn)氣口,其設(shè)計(jì)和性能參數(shù)的估算方法也不同,以下僅介紹前緣進(jìn)氣口和漏斗形進(jìn)氣口的設(shè)計(jì)和性能參數(shù)估算。

亞音速進(jìn)氣口

進(jìn)氣口前緣較為鈍圓,以避免低速起飛時(shí)進(jìn)口處氣流分離。內(nèi)部通道多為擴(kuò)散形。在最大速度或巡航狀態(tài)下,進(jìn)入氣流的減速增壓過(guò)程大部分在進(jìn)口外面完成,通道內(nèi)的流體損失不大,因而有較高的效率。亞音速進(jìn)氣道在超音速工作時(shí),進(jìn)氣口前會(huì)產(chǎn)生脫體正激波,超音速氣流經(jīng)過(guò)正激波減為亞音速,這時(shí)能量損失增大(激波損失)。激波前速度越大,損失也越大。但是,亞音速進(jìn)氣道構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕,在馬赫數(shù)為1.6以下的低超音速飛機(jī)上也廣為采用。

超音速進(jìn)氣口

超音速進(jìn)氣道通過(guò)多個(gè)較弱的斜激波實(shí)現(xiàn)超音速氣流的減速。超音速進(jìn)氣道分為外壓式、內(nèi)壓式和混合式三類。

①外壓式進(jìn)氣道:在進(jìn)口前裝有中心錐或斜板,以形成斜激波減速,降低進(jìn)口正激波的強(qiáng)度,從而提高進(jìn)氣減速增壓的效率。外壓式進(jìn)氣道的超音速減速全部在進(jìn)氣口外完成,進(jìn)氣口內(nèi)通道基本上是亞音速擴(kuò)散段。按進(jìn)氣口前形成激波的數(shù)目不同又有2波系、3波系和多波系之分。外壓式進(jìn)氣道的缺點(diǎn)是阻力大。

②內(nèi)壓式進(jìn)氣道:為收縮擴(kuò)散形管道,超音速氣流的減速增壓全在進(jìn)口以內(nèi)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)狀態(tài)下,氣流在收縮段內(nèi)不斷減速至喉部恰為音速,在擴(kuò)散段內(nèi)繼續(xù)減到低亞音速。內(nèi)壓式進(jìn)氣道效率高、阻力小,但非設(shè)計(jì)狀態(tài)性能不好,起動(dòng)困難,在飛機(jī)上未見(jiàn)采用。

③混合式進(jìn)氣道:是內(nèi)外壓式的折衷。

可調(diào)進(jìn)氣口

概念

在超音速條件下,不可調(diào)進(jìn)氣道只在設(shè)計(jì)狀態(tài)下能與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)工作,這時(shí)進(jìn)氣道處于最佳臨界狀態(tài)。在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下,譬如改變飛行速度,進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可能不協(xié)調(diào)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要空氣量超過(guò)進(jìn)氣道通過(guò)能力時(shí),進(jìn)氣道處于低效率的超臨界狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要空氣量低于進(jìn)氣道通過(guò)能力時(shí),進(jìn)氣道將處于亞臨界溢流狀態(tài)。過(guò)分的亞臨界狀態(tài)使阻力增加,并引起進(jìn)氣道喘振。為了使進(jìn)氣道在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下也能與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)工作(即進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配),提高效能,廣泛應(yīng)用可調(diào)進(jìn)氣道。常用的方法是調(diào)節(jié)喉部面積和斜板角度,使進(jìn)氣道的通過(guò)能力與發(fā)動(dòng)機(jī)的要求一致。另外,在亞音速擴(kuò)散通道處設(shè)有放氣門,將多余的空氣放掉,不使進(jìn)氣道處于亞臨界溢流狀態(tài)。同時(shí),為了解決起飛狀態(tài)進(jìn)氣口面積過(guò)小的問(wèn)題,還設(shè)置有在低速能被吸開(kāi)的輔助進(jìn)氣口。

類型

DSI進(jìn)氣口 DSI進(jìn)氣口就是在戰(zhàn)機(jī)進(jìn)氣口前部機(jī)身處設(shè)計(jì)一塊突起,可以對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)壓縮,并同時(shí)吹除影響發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣的附面層,也有利于隱形。進(jìn)氣口里面有可以調(diào)節(jié)的進(jìn)氣量多少的裝置,這種進(jìn)氣口對(duì)制造工藝要求較高。如你所說(shuō),殲-20用的就是DSI進(jìn)氣口。加萊特進(jìn)氣道利用了超音速激波增壓原理,有利于進(jìn)行大馬赫數(shù)的高速飛行,這種進(jìn)氣道對(duì)戰(zhàn)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求很高,F-22戰(zhàn)斗機(jī)用的就是這種,這也是F-22進(jìn)氣口比殲-20進(jìn)氣口大的原因。固定進(jìn)氣口就是指不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)的進(jìn)氣口。 DSI和加萊特技術(shù)含量較高,設(shè)計(jì)和制作工藝也比較復(fù)雜。這兩種進(jìn)氣各有所長(zhǎng),主要看對(duì)戰(zhàn)機(jī)性能的要求,比如F-22追求超音速巡航就用加萊特,可以保持戰(zhàn)機(jī)在持續(xù)高速飛行狀態(tài)下的穩(wěn)定。

二維可調(diào)式 殲-10戰(zhàn)斗機(jī)與“幼獅”的另外一處重大不同在于進(jìn)氣道。“幼獅”的進(jìn)氣道與F-16類似,為固定幾何形狀。而殲-10采用的是帶中心激波錐的二維可調(diào)式進(jìn)氣道,這種帶調(diào)節(jié)板的進(jìn)氣道布局與F-4“鬼怪”Ⅱ有些類似。只是殲-10將“鬼怪”的進(jìn)氣道平移至機(jī)腹下,由調(diào)節(jié)板(位置在邊界層分離板的后方)構(gòu)成進(jìn)氣道的前部,這為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了不同飛行狀態(tài)所需的氣流,更加適合高性能空空作戰(zhàn)。此外,可調(diào)節(jié)進(jìn)氣道所增加的高效整流壓縮能力(在1.5馬赫時(shí)為5%,在1.8馬赫增加至15%,在2馬赫時(shí)為25~30%)極大地提高了飛機(jī)超音速飛行時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力,從而使飛機(jī)獲得更好的爬升和高速性能。這種進(jìn)氣道布局的不足主要包括隱身效果欠佳(這也是所有機(jī)腹進(jìn)氣道布局飛機(jī)的通病)、重量偏大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜(F-16戰(zhàn)斗機(jī)為此增重80~100公斤)和生產(chǎn)費(fèi)用增加,同時(shí)調(diào)節(jié)板的動(dòng)力和調(diào)節(jié)系統(tǒng)還加大了飛機(jī)的維護(hù)負(fù)擔(dān)。

適合超音速飛機(jī)的氣動(dòng)布局、強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)和可調(diào)節(jié)式進(jìn)氣道使殲-10戰(zhàn)斗機(jī)最大速度能夠達(dá)到2.2馬赫,大于“幼獅”宣稱的1.8馬赫。殲-10的高超性能集中于空空作戰(zhàn),因此無(wú)論是執(zhí)行空防還是截?fù)羧蝿?wù)都將是一把利器。

進(jìn)氣口位置

進(jìn)氣道按其在飛機(jī)上的位置不同大體上分為正面進(jìn)氣和非正面進(jìn)氣。①正面進(jìn)氣:進(jìn)氣口位于機(jī)身或發(fā)動(dòng)機(jī)短艙頭部,進(jìn)氣口前流場(chǎng)不受干擾,其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單。機(jī)身頭部正面進(jìn)氣口的最大缺點(diǎn)是機(jī)身頭部不便于放置雷達(dá)天線,同時(shí)進(jìn)氣道管也太長(zhǎng);②非正面進(jìn)氣:包括兩側(cè)進(jìn)氣、翼根進(jìn)氣、腹部進(jìn)氣和翼下進(jìn)氣。它們?cè)诓煌潭壬峡朔藱C(jī)頭正面進(jìn)氣的缺點(diǎn)。在非正面進(jìn)氣方案中須防止進(jìn)氣口前面貼近機(jī)身或機(jī)翼表面的一層不均勻氣流(附面層)進(jìn)入進(jìn)氣道。為此,進(jìn)氣口與機(jī)身或機(jī)翼表面要隔開(kāi)一定距離,并設(shè)計(jì)一定的通道把附面層抽吸掉,這相應(yīng)地會(huì)增加一些阻力。腹部和翼下進(jìn)氣充分利用了機(jī)身或機(jī)翼的有利遮蔽作用,能減小進(jìn)氣口處的流速和迎角,從而改善進(jìn)氣道的工作條件。

進(jìn)氣口結(jié)冰

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口常會(huì)結(jié)冰,妨礙進(jìn)氣口流人足夠的空氣以維持燃燒。進(jìn)氣口非常容易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象,因?yàn)檫@種結(jié)冰不需要可見(jiàn)的液滴也可發(fā)生。因此,在晴朗、溫暖的天氣里也可能出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口結(jié)冰的現(xiàn)象。進(jìn)氣口發(fā)生結(jié)冰的溫度范圍隨著發(fā)動(dòng)機(jī)種類的不同而變化(活塞和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)相比較)。不過(guò)一般情況下,如果空氣的溫度在10℃以下且濕度較高,進(jìn)氣口就存在發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象的可能。

化油器結(jié)冰

在化油器內(nèi),空氣會(huì)膨脹,燃油會(huì)汽化,易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。如果吸人化油器的空氣濕度較高,那么化油器在其內(nèi)部溫度小于22℃時(shí)都可能發(fā)生結(jié)冰。化油器內(nèi)部的溫度降幅一般小于或等于20℃,但有時(shí)也可能達(dá)到400℃ 在空氣中存在一定水分的條件下,如果化油器把溫度降到0℃及以下,其內(nèi)部通道就會(huì)發(fā)生結(jié)冰。結(jié)冰最容易發(fā)生在排氣口、喉道和節(jié)流閥處。

化油器的加熱器是一個(gè)防冰而非除冰裝置,所以其主要功能是防止結(jié)冰。當(dāng)加熱器打開(kāi)時(shí),空氣在進(jìn)入化油器之前會(huì)被加熱,從而使燃料和空氣混合物的溫度保持在0℃以上。加熱器可能會(huì)把進(jìn)入進(jìn)氣口的少量冰雪融化。由于化油器的加熱器可能會(huì)對(duì)飛機(jī)的性能造成不利影響,所以須根據(jù)飛機(jī)操作手冊(cè)來(lái)使用它。

燃油系統(tǒng)

水易溶于燃油中,所以當(dāng)濕度較高時(shí),燃油會(huì)吸收一定的水分。當(dāng)燃油吸收了較多水分并且其溫度小于或等于水的凍結(jié)溫度時(shí),偶爾會(huì)出現(xiàn)燃油系統(tǒng)結(jié)冰的現(xiàn)象。

進(jìn)氣系統(tǒng)

當(dāng)氣象條件有利于機(jī)體結(jié)冰,即存在液態(tài)水和可以發(fā)生結(jié)冰的溫度時(shí),進(jìn)氣系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生結(jié)冰。不過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)也可在干凈空氣中發(fā)生結(jié)冰,條件是空氣的相對(duì)濕度較高且溫度要小于或等于10℃。

進(jìn)氣道

進(jìn)氣道的結(jié)冰條件頗似化油器的結(jié)冰條件:即存在過(guò)冷卻水,或者空氣的濕度較高且溫度高于0℃。

進(jìn)入進(jìn)氣道的空氣壓力在飛機(jī)的滑跑、起飛和爬升階段非常低,所以溫度可以降低到發(fā)生冷凝或凝華現(xiàn)象的程度。因此,在進(jìn)氣道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰,從而使管道變窄并影響空氣的進(jìn)入。

進(jìn)氣道導(dǎo)流片

當(dāng)過(guò)冷卻的液滴在進(jìn)氣道導(dǎo)流片上形成積冰時(shí),進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量會(huì)減小。這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)停車。一旦發(fā)生這種結(jié)冰現(xiàn)象,一個(gè)很直接的危害就是壓氣機(jī)進(jìn)氣口前面脫落的積冰可能

會(huì)被吸人發(fā)動(dòng)機(jī),進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重破壞。

參考資料 >

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