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【从枭龙和 J-10B 的 DSI 看 J-20 的 DSI】转

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图片来自:J20甲的百度相册


IP属地:广东通过百度相册上传1楼2015-02-24 14:10回复

    枭龙是全世界第一个装备部队的 DSI 飞机。根据南航杨应凯的论文《枭龙飞机 Bump 进气道设计》所说;枭龙飞机 Bump 进气道性能优异, 总压恢复系数高,与斜板进气道比,提高 0.02~0.04,综合畸变指数低,满足进/发匹配要求,并且取消了附面层隔道和放气门系统,使得飞机阻力小、重量轻、可靠性高。
    杨的论文提供了如下几个信息;
    1、枭龙 DSI 进气道的总压恢复系数高于原来所用进气道。考虑到进气道总压恢复系数提高1%,可使发动机推力提高 1.3%~1.5%,这是枭龙使用 DSI 后的一个重要的动力系统性能提高。
    2、枭龙 DSI 虽是固定进气道,其适应范围却大于原来的斜板进气道,因为 DSI 的使用使枭龙得以取消原来斜板进气的放气门。
    3、枭龙 DSI 还取消了原来斜板进气道的附面层隔道。这与上面讲的取消放气门一起,“使得飞机阻力小、重量轻、可靠性高”。
    除了上述优点外,本文还想强调枭龙 DSI 的另一个重要性能特点和枭龙是如何选取设计数据来使这个特定形状的 DSI 达到这个重要性能特点的。
    先说这个重要性能特点,就是这个固定进气道在比较宽广的速度范围内维持了高的进气效率。
    这个结论同样来自杨的论文。在论文的最后一页的图 8(a),给出了枭龙 DSI 的总压恢复系数随速度变化的曲线。从这个曲线看,大致在 0.6 倍音速到 0.7 倍音速之间,总压恢复系数最高。但这个最高值是一个非常平缓的曲线的最高值,实际上直到 1.6 倍音速曲线都很平缓,在速度超过 1.6 倍音速后,总压回复系数开始快速降低。
    由于此论文被我凉某翻到,我截图贴出










    IP属地:广东2楼2015-02-24 14:11
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      在说设计数据选取之前,先强调一下枭龙进气道的特定形状;
      1、枭龙为了提高 DSI 进气道的性能特地给机头做了修形,把原来相对平展的机头下侧面改为稍稍凸出的曲面。这实际上与 F-35、J-10B、J-20 所做的都相反。这个修形是基于枭龙 DSI 的特定形状。杨的论文中有修形前后对比图。

      2、枭龙的 DSI 基本是上下对称的形状,与 F-35、J-20 都不同。

      现在说一说枭龙 DSI 的设计数据选择,来源同样是杨的论文;
      Bump 进气道设计点为,最大马赫数 Ma=1.7,预压缩鼓包当量压缩半锥角为 20°,高度 H=11km 并以此确定捕获面积。在 Ma=0.8~1.2 范围内,按发动机最大状态时的流量确定喉道面积,喉道马赫数 M ath 控制在 0.6~0.7。
      所以枭龙的性能大致为;
      1、作为全世界第一个实用 DSI,不但简单、减重,而且以无任何辅助调节手段的固定形状在比较宽广的速度范围实现良好的性能。
      2、这个 DSI 在形状上尚有待进一步完善以提高诸如大迎角状态的进气效率,也需在形状上进一步完善以取消附面层吸除装置。


      IP属地:广东3楼2015-02-24 14:12
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        图片来自:J20甲的百度相册
        图片来自:J20甲的百度相册
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        图片来自:J20甲的百度相册
        图片来自:J20甲的百度相册


        IP属地:广东通过百度相册上传5楼2015-02-24 14:12
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          3、J-20 DSI 的第三个突出优点是不象 CARET 那样严重依赖放气门。这个放气门不是前面说的附面侧吸除装置的排气口,而是调节进气道的放气门。北航和 601 的一篇论文是这么说的;
          【对一种 Caret 进气道进行了试验研究,给出了该型进气道超音速基本气动特性。该进气道在 Ma=1.6~2.0 范围总压恢复急剧下降,在 Ma=2.0 时,由于亚临界防喘余量较小,在放气门关闭情况下将无进/发匹配点,在喘振点处,稳态周向畸变相对于临界状态在减小,而动态紊流度急剧增加,临界至超临界情 况,在两个压缩斜板的交角后管道内出现流动分离。】
          事实也是如此。F-22 的 CARET 进气道使用了非常巨大的放气门。下图红圈所表示的,就是 F-22 CARET 进气道巨大的放气门。

          如此巨大的放气门本身就相当程度地增加了结构重量,而诸如锯齿之类的隐身修形更是给结构重量雪上加霜。下图是从另一个角度看这个巨大放气门。

          再换一个角度;

          令事情更加糟糕的是,F-22 的 CARET 进气道很可能还有另外一组放气门。下图中最左面的菱形“补丁”是我在前面提到的附面层吸除装置排气口,最右边有锯齿状隐身修形的“补丁”是空调系统换气口,中间细长的、梯形的“补丁”,很可能是 CARET 进气道的另一个放气门。当然,这个细长的“补丁”也可能是附面层吸除装置的另外一个排气口,但无论如何,都表明 F-22 CARET 进气道排气、放气系统之复杂、沉重。

          枭龙的 DSI 没有放气门。从下面的三张 J-10B 照片看,无论是从上面看还是从下面看,采用 DSI 的 J-10B 也没有放气门,最起码没有 F-22 那样的巨型放气门。



          从下面的照片看,无论是背部还是腹部,采用 DSI 的 J-20 也没有 F-22 那样的巨型放气门。


          当然,J-20 在背部有两组小的、有换气作用的开口,我觉得至少一组是空调系统的换气口。另外一组可能是放气门,也可仍然是空调系统换气口。但即使是放气门,也是非常小的,仅仅类似 F-22 在进气道前端的那一组小放气门——这与 F-22 在背部的巨大放气门有很大区别,其附带产生的增重非常小。下图可见 J-20 背部、处于前翼之间的两组很小的有换气作用的开口,在背部的巨大放气门有很大区别,其附带产生的增重非常小。下图可见 J-20 背部、处于前翼之间的两组很小的有换气作用的开口。


          IP属地:广东6楼2015-02-24 14:13
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            4、J-20 DSI 的第四个突出优点是在超音速总压恢复上比 F-22 的 CARET 至少不差,极可能更好。
            J-20 DSI 的总压恢复系数即使和 F-22 的 CARET 相当也是优点。这是因为 J-20 的 DSI 比 F-22 的 CARET 更简单、更轻。但根据北航/601 的论文《一种CARET进气道超音速特性的研究》,即使 J-10B 的 DSI 进气道在没有完善前的超音速总压恢复,也略强于这个论文中的 CARET 进气道。


            这篇论文的图 2(a)表示,论文所研究的 CARET 进气道在 1.8 倍音速时的总压恢复系数在 0.88 到 0.90 之间,而 J-10B 早期未完善的 DSI 在 1.8 倍音速时的总压恢复系数至少是 0.91。同一篇论文的图 3 表示,这个 CARET 进气道在 2.0 倍音速时总压恢复系数不超过 0.83,而 J-10B 早期未完善的 DSI 在 2.0 倍音速时总压恢复系数接近 0.87。J-10B 的数据来自下图所表示的论文。

            而 J-10B 的 DSI 在经过完善后,超音速总压恢复系数很可能还有提高。
            虽然北航/601 的这篇论文研究的 CARET 并不是 F-22 的 CARET,但其得出的数据对于 F-22 的 CARET 应该有参考价值,而且正如我在“J-20 的第三个突出优点”中指出的 ,这篇论文对于 CARET 在 2.0 倍音速时必须使用放气门的结论被 F-22 巨大的放气门所证实。所以,通过上面的分析,J-10B 在超音速时,其 DSI 进气道的总压恢复至少不比 F-22 的 CARET 差。而超音速巡航的 J-20,其 DSI 进气道比 J-10B 的 DSI 更强调高速性能,又是在 J-10B 之后开发出来的更新的 DSI,在超音速总压恢复上应该不比 J-10B 的 DSI 差。
            所以,我认为 J-20 的 DSI 在超音速的总压恢复至少不比 F-22 的 CARET 差,极有可能比 F-22 的 CARET 更好。


            IP属地:广东7楼2015-02-24 14:13
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              那啥,不好意思,5楼和6楼之间还少了一段,我这就补上再说说当家花旦,未来的大当家的歼20、J-20 的 DSI 进气道超越了 F-22 的 CARET 进气道。
              F-22 的 CARET 进气道不但隐身,还适应超音速巡航和超音速机动,并适应 F-22 在亚音速的超机动能力。然而,J-20 的 DSI 更加优秀。J-20 的 DSI 进气道与 F-22 的 CARET 相比有五个突出优点。大致按照从易到难的顺序解释这五个突出优点。先看看使用 CARET 进气道的美国 F-22、[图片]1、J-20 DSI 的第一突出优点是取消了 F-22 的 CARET 的附面层隔离装置。下图的 F-22 照片中,介于机身和进气道之间的缝,就是 F-22CARET 的附面层隔离装置。[图片]这个附面层隔离装置不但增加阻力,还增加重量。J-20 的 DSI 则根本不需要这个装置。
              2、J-20 DSI 的第二个突出优点不象 CARET 那样严重依赖进气道内部附面层吸除装置。
              CARET 进气道必须在机身一侧的斜板内壁使用附面层吸除装置,甚至上侧斜板内壁也要用。下图中钻进 F-22 进气道的地勤身后和他头上方的侧壁上布满了密密麻麻的附面层吸除装置的吸气小孔。[图片]从下图可以看到 F-22 CARET 进气道在机身一侧的内壁上至少有两组附面层吸气孔阵。[图片]这些吸气孔阵吸出来的附面层空气还要排放出去,所以必须设排气孔。排气孔会损害飞机的隐身性能,所以又必须额外增加重量给排气孔做隐身修形。下图中 F-22 座舱下方,介于机身和进气道交接处的菱形的、由具有隐身作用的网格覆盖的开口,就是 F-22 CARET 进气道附面层吸除装置的排气口。[图片]CARET 进气道在机身一侧的进气道内壁产生附面层的弊端使得同样采用 CARET 的 F/A-18E/F 超级大黄蜂也必须使用附面侧吸气孔。下图中 F/A-18E 的进气道可以清晰地看到附面层吸气孔(大量的吸气孔布阵般形成菱形、三角形、梯形的颜色较深的“补丁”)。[图片]F/A-18E/F 同样需要给附面侧吸除装置设排气孔,下图中 F/A-18E 边条上的那个开缝,就是附面侧吸除装置排气孔之一。[图片]J-20 的 DSI 即使不是根本不需要这个沉重、复杂的装置,也是极大地减少了这个装置的使用,从而减少了重量和复杂性。J-20 DSI 的鼓包巧妙地把附面层从进气口上面和下面排出。下面的图是大图,可以清晰地看到 J-20 并无附面层吸除孔阵,图中鼓包上稀疏的白点大概是铆钉,但绝不是附面层吸除孔。[图片]当然,全世界第一个服役的 DSI—— 枭龙的 DSI,使用了附面层吸除装置。但是随着中国 DSI 技术的进步,最起码这个装置在 J-20 上的类似部位没有再次出现,虽然我暂无法确定 J-20 的 DSI 是否在进气道的其他部位小规模地使用了附面层吸除装置。下图的枭龙照片,可以看到枭龙进气道鼓包上面有颜色略深的前后两排、每排四个“补丁”,每个“补丁”都是由大量的附面层吸气孔布阵而成。大家可以拿这个照片和上面 J-20 的 DSI 照片做一下对比,可以清晰看到 J-20 鼓包上并无附面层吸气孔阵。[图片]


              IP属地:广东来自iPhone客户端18楼2015-02-24 21:39
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                @IDF3010


                IP属地:广东来自iPhone客户端34楼2015-02-25 20:26
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                  @我叫战5渣


                  IP属地:广东来自iPhone客户端48楼2015-02-27 16:50
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