下一代战斗机技术展望（2） DSI的进一步发展

TopGun

本文系我个人看法，仅供参考。

DSI 进气道因其在宽广速度范围能维持较高进气效率、重量轻、隐身的特点而应用在第五代的中国J-20和美国F-35战斗机上。本文旨在展望DSI在第六代战斗机的可能前景。关于第五代战斗机DSI进气道，请见：TopGun:【原创】从枭龙和J10B的DSI看J20的DSI（3）。
" K& X# s# L) Y$ u

6 \5 C1 g6 C' D" y9 t7 I1、        下一代发动机给DSI进气道设计以更大的灵活性
: T  ?6 d. U% q/ z7 [. v, ^
下一代军用发动机很可能是基于ACE技术的发动机。ACE是Adaptive Cycle Engine的缩写，可以翻译为适应性循环发动机。关于这种发动机，请见：TopGun:【原创】变！变！变！之2018的天空中一种叫王牌的力道上。
" k! [: M# w% s$ J, m+ {! d/ k
1 I, i  X* X6 m% F. T4 z' A下图是通用电气公司对下一代ACE发动机的设想图，其两级低压、一级高压风扇在三个涵道的划分和可调节风扇导向叶片/静子叶片外加中间涵道活门的作用下，可以在接近涡轮喷气发动机到较大涵道比涡轮风扇发动机之间进行变化：
* @, n0 L/ R0 N/ ~# y# |% ^1 A& O

ACE发动机使得DSI进气道可以有更加宽广的速度适应范围。ACE发动机的一个特点是可以在接近涡轮喷气发动机到较大涵道比涡轮风扇发动机这个巨大的涵道比范围内变化。这个特点有一个辅助的优点，就是对进气道的要求降低，可以容忍较低的进气效率、较大的气流畸变、并有高的喘振裕度。这可以进一步拓宽DSI的速度适应范围。当然，DSI的设计也在进步。新一代的DSI本身就可以进一步拓展其本来就宽广的适应范围，这我将在本文后面的2、3中写出。
8 q4 s+ W9 E7 z
) v  B6 G$ ^$ [4 y2 X, M6 V) B6 |为什么我强调DSI而不是F-22的CARET进气道在下一代战斗机的前景呢？因为DSI比CARET的速度适应范围更广、重量更轻、结构更简单。具体的分析我写在了TopGun:【原创】从枭龙和J10B的DSI看J20的DSI（3）。
9 g  o3 m& a, c: D; M* T/ r/ F
顺便说一下，ACE发动机还有另外一个额外的好处，就是下一代战斗机可以将固定喷口作为一个选择，而不像第五代战斗机那样必需使用可调节喷口。比如下图中的战斗机模型使用了菱形的喷口。这个喷口很可能是固定的：
8 Z1 j" }3 W- n5 ?' o

ACE使战斗机可以用菱形喷口的原因是发动机的可调节涡轮导向叶片与可调节的低压和高压风扇配合，使得排气即使不需要可调节喷口也可以适应从静止到超音速的宽广速度范围。
2 Y4 E: L2 y$ D- @( I. p9 \
当然，下一代战斗机的喷口几乎肯定会参与飞机的操纵与控制，从而在推力矢量和喷气引射方面需要利用发动机排气的操纵方式，而这种操纵方式也连带有调节喷口的功能。


1 Z$ U8 F2 ?. D* ^: E8 C2、        DSI可能发展之一：从简单外压缩面发展到复杂外压缩面

DSI的外压缩面如果能抛弃目前的简单表面而使用复杂表面，不但可以进一步提高外压缩效率从而提高DSI的效率，也可以使DSI更灵活地适应飞机的气动外形从而进一步提高飞机的气动性能，更可以进一步提高飞机结构效率从而减轻飞机重量。
! P4 q# |. M% a* @' z# w6 }5 A
5 I) O7 X# [/ c; R/ g" Y9 @目前第五代战斗机的DSI都是基于简单的、单一的外压缩面的DSI。中国J-20的DSI是把机头的倾斜侧面作为对来流预压缩的进气道外压缩面，DSI的鼓包也设置在这个表面上。下面两张J-20图中，可以看出J-20机头倾斜的、单一的外压缩面：

# @4 B/ D8 j, @+ W( g) d7 q5 \+ P
/ \8 f' C# U9 M5 r9 I
8 M! r; X* J* S* t; Q' e) @同样的，F-35的DSI也是基于简单的单一外压缩面：


2 t, U5 g" J+ [0 k0 s( d下一代战斗机的DSI很可能更进一步，是基于复杂的外压缩面。比如下图中波音的下一代舰载有人/无人战斗机，其DSI明显是基于机头一个内凹的曲面而设计的：


3 t  ?% k/ R- c下图中波音的另外一个设想图也是基于机头一个内凹的曲面：
, Z& w9 f, m! S8 n# f+ K
9 X1 s: x0 t+ P$ y) U( _4 S* y. G
- z: e0 ]+ F2 l: M2 r( h% ?/ y下图中，DSI 由两个外压缩面：机头的倾斜侧面和变条/机翼下表面。DSI的鼓包处于这两个外压缩面的结合处，即飞机的“腋窝”处：

/ r; e# _! x+ F" n7 D/ b! K& V
有趣的是，当初J-20的真容还未透露时，有很多航空爱好者推测J-20的可能外形。其中有一位推测了“潜龙”J-20，就使用了这种基于复杂外压缩面的DSI，请看下面的两张图：

" a2 n) L9 t! s) I: Y+ U+ N

( N5 u1 ]* @7 Z' C  P; N6 K“潜龙”的DSI其实与波音设想的下一代DSI非常接近，把下图中波音的设想倒扣，使机腹成为机背、机背成为机腹，其DSI则与“潜龙”的DSI神似：



3、        DSI可能发展之二：鼓包和唇口形状的进一步发展
1 M5 [8 M5 u/ v7 z0 n
为了进一步扩展DSI的速度适应范围，DSI鼓包和唇口的设计正在进一步发展之中。瑞典正在研究的第五代战斗机因出现时间晚（大概瞄准在2020年左右），其进气道设计正在考虑一些新的DSI 鼓包/唇口形状，比如新颖的后掠唇口。如下图所示：

/ [2 W- b$ F1 `! I3 S  B* w
下图是瑞典第五代战斗机的设想图，其内置武器舱可以携带四枚中距空空导弹和两枚近距格斗导弹；飞机也可以在机翼下携带隐身武器舱：


后掠唇口其实在波音X-32上就出现了。虽然X-32是颌下进气，不是DSI，但是其设计原理与DSI类似。

下图是早期的X-32，使用了传统的前掠唇口：


下图是后期的X-32，使用了后掠唇口：

4 F+ }7 [' m8 }9 c
! H! a/ q. i  \/ A& l
+ }& `! c; {8 V$ x, ~; u( ~本文小结：
, N# c: `/ P  }3 q+ B
# e; p& C. H! ^- m& S# j1、        下一代发动机强大的适应能力使下一代战斗机很可能使用简单的固定进气道。而DSI因其宽广的适应范围、轻的重量、简单的结构而成为下一代战斗机进气道的热门侯选；

; p. ]3 J; y' ]2、        下一代DSI很可能采用复杂的外压缩面从而进一步提高进气效率、减轻重量、并使飞机获得更好的气动外形；
/ a; c: ~9 C2 E6 a  J+ q2 A% N& S
3、        下一大DSI很可能采用更新颖的鼓包/唇口形状以进一步扩展其本来已经宽广的速度适应范围。
9 M' Q( ~) Q0 G' v; ]

, @; D# G  Y9 [7 m下一代战斗机技术展望（1）没有垂尾的战斗机(上)
0 l* ?! t7 t. H' [* d下一代战斗机技术展望（1）没有垂尾的战斗机(下)

魔术师

学习了

偶然

4 [5 `0 ], A5 m8 ?9 `$ C; l

观望者

偶然 发表于 2011-10-15 02:11

看了某人的分析文章，特别不明白601所的人认为DSI不能高速。