在飛機(jī)出現(xiàn)的早期,人們幾乎不用考慮發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道問題,因為這個時候活塞式發(fā)動機(jī)的空氣吸入量有限,進(jìn)氣口只需要不妨礙飛機(jī)氣動外形就可以,然而當(dāng)噴氣式發(fā)動機(jī)出現(xiàn)后,因為發(fā)動機(jī)對空氣的需求量陡增,以及發(fā)動機(jī)的空氣壓縮需要,人們開始重視飛機(jī)的進(jìn)氣道設(shè)計。
殲-20正面進(jìn)氣道
進(jìn)氣道的設(shè)計經(jīng)過了一個漫長的探索期,早期的發(fā)動機(jī)直接懸吊在機(jī)翼下或者內(nèi)置在機(jī)翼內(nèi),如Me262和“彗星”,它們采用直接進(jìn)氣模式,發(fā)動機(jī)口就是進(jìn)氣口;這種布局被證明類似旋轉(zhuǎn)陀螺的發(fā)動機(jī)會對飛機(jī)造成很大的偏轉(zhuǎn)力矩,不利于飛機(jī)操控,隨后人們傾向于在戰(zhàn)斗機(jī)身上將發(fā)動機(jī)布置在機(jī)體內(nèi)部,進(jìn)氣口位于機(jī)身主體周圍。
Me262戰(zhàn)斗機(jī)
當(dāng)前世界主要的進(jìn)氣道布置有機(jī)頭進(jìn)氣、機(jī)身兩側(cè)進(jìn)氣和機(jī)腹進(jìn)氣,可以說把可能安放的位置都用上了,卻很少有機(jī)型采用機(jī)背進(jìn)氣的,這又是為什么呢?
飛機(jī)的升力結(jié)構(gòu)不允許
雖然目前關(guān)于機(jī)翼為什么能產(chǎn)生升力在學(xué)術(shù)上還有一些爭議,但是對于機(jī)翼上方升力面會產(chǎn)生高速的不穩(wěn)定渦流是一致認(rèn)同的。
機(jī)頭進(jìn)氣戰(zhàn)斗機(jī)
噴氣發(fā)動機(jī)對獲取的空氣有嚴(yán)格要求,它需要的是高壓低速的穩(wěn)定氣流,正是因為如此,設(shè)計師們采用機(jī)頭的長進(jìn)氣道、可調(diào)進(jìn)氣道和DSI進(jìn)氣道,它們都是為了滿足發(fā)動機(jī)的需求,而非為了保持飛機(jī)的氣動外形。既然設(shè)計師花了這么多的力氣想要消除亂流,如果把進(jìn)氣口布置在機(jī)背,這些努力都白費了。
進(jìn)氣口布置在機(jī)背還會造成另一個嚴(yán)重的問題,那就是進(jìn)氣量不足。戰(zhàn)斗機(jī)需要進(jìn)行格斗戰(zhàn),優(yōu)秀的格斗性能是必不可少的,如眼鏡蛇機(jī)動這樣的大迎角機(jī)動會對機(jī)身周邊的氣流造成很大的影響。
采用兩側(cè)進(jìn)氣的F-4戰(zhàn)斗機(jī)
當(dāng)戰(zhàn)機(jī)在平飛的時候理論上飛機(jī)的上下兩面流通的空氣量是差不多的,但是當(dāng)飛機(jī)以大迎角機(jī)動的時候,原本朝下的機(jī)腹變得正對氣流,而機(jī)背處迅速失壓導(dǎo)致進(jìn)氣量不足,這種時候發(fā)動機(jī)動力下降或者熄火,對飛機(jī)來說無疑是致命的。相反把進(jìn)氣道布置在兩側(cè)或者機(jī)腹,能夠更好地保證進(jìn)氣量,讓發(fā)動機(jī)的動力波動不至于太大。
當(dāng)今戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個新的高度,以F-22戰(zhàn)斗機(jī)為代表的第五代戰(zhàn)機(jī)出現(xiàn),翼身融合是五代機(jī)的一個共同特點,也就是將機(jī)背也作為升力面,如果這種情況下還在機(jī)背布置進(jìn)氣口,會影響升力系數(shù)。
采用機(jī)腹進(jìn)氣的F-16戰(zhàn)斗機(jī)
另一個原因就是飛機(jī)和人一樣,也是有“脊柱”的,這就是飛機(jī)的大梁,因為戰(zhàn)機(jī)的機(jī)腹需要安置彈艙等結(jié)構(gòu),因此它的“脊柱”都是布置在機(jī)背,各種受力結(jié)構(gòu)延此展開。要想在機(jī)背開一個洞作為進(jìn)氣口,將會破壞飛機(jī)的整體受力結(jié)構(gòu),彈艙、起落架收放口等等都會受到影響。
F-22戰(zhàn)斗機(jī)
對飛行員不友好
機(jī)背進(jìn)氣除了飛機(jī)本身的結(jié)構(gòu)不允許之外,還有一個重要的原因就是對飛行員十分不利。跳傘是所有戰(zhàn)斗機(jī)飛行員都可能遇到的糟糕情況,而且最佳的跳傘方向是往機(jī)背上方,進(jìn)氣口布置在機(jī)背上時,巨大的吸力很可能會影響飛行員的彈射軌道,正常情況下跳傘都屬于高危行為,更不要說在飛機(jī)失控時跳傘,飛行員搞不好就被吸過去,被垂尾一分為二。
結(jié)語
整體上來說目前還沒有哪一款成熟的戰(zhàn)斗機(jī)運用機(jī)背進(jìn)氣,比較新式的機(jī)型也都放棄了機(jī)頭進(jìn)氣,更多的采用機(jī)腹或者兩側(cè)進(jìn)氣,并且具備隱身性能的DSI進(jìn)氣道將會是未來發(fā)展的主流。
采用機(jī)背進(jìn)氣的B2隱身轟炸機(jī)
雖然戰(zhàn)斗機(jī)不采用機(jī)背進(jìn)氣,不代表其他飛機(jī)不用,經(jīng)典的就是B2隱身轟炸機(jī),不過它的飛翼布局和傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)不同,而且它更多的考慮隱身結(jié)構(gòu),飛機(jī)也不需要戰(zhàn)斗機(jī)那樣劇烈機(jī)動,因此這種設(shè)計問題不大。除此之外就是當(dāng)今的許多無人機(jī),綜合來看這些無人機(jī)要么和B2一樣不需要大機(jī)動,要么采用翼身融合技術(shù),進(jìn)氣口實際在機(jī)頭上方,不會受到亂流的影響或者影響很小。(作者署名:丹書戰(zhàn)史)