DSI進氣道，F-35有，F-22與Su-57都沒有！減重又隱身1

9月20日 以色列空軍使用F-35I戰機對黎巴嫩首都貝魯特發起了空襲 以軍F-35在空襲中發射了4枚飛彈 並且有飛彈穿透地面 在地下兩層樓處引爆了 成功命中了部分真主黨武裝指揮官所在的房間 由於貝魯特距離以色列空軍基地並不遠 F-35戰機自身的隱身性能也很優秀 因此真主黨武裝的確沒有多少反應時間 但其實F-35的隱身性能之所以優秀 還是跟DSI進氣道這個小部件有關 所謂的DSI進氣道 用英文直譯過來就是無分流版超音速進氣口 從外表上看 這種進氣道最大特色就是進氣口本身與機體是無縫銜接的 並且能在進氣道內部還能隱隱約約看到一處隆起的機身部位 就像是因為機體本體太臃腫 快要將旁邊的進氣道給填滿了一樣 F-35戰機也因為DSI進氣道的這一特徵 被人們起了一個肥電的外號 但人的眼睛也是會騙人的 這讓F-35變成肥電的這個臃腫部位 其實非但沒有拖累它 還讓F-35變得更加輕盈和靈活了 要講明白這其中的原由 我們就要回到DSI進氣道的名稱上 為什麼這種沒有分流版的進氣道能夠提升戰機性能呢? 所謂的分流版 是我們在全世界大部分三代機和四代機身上都能找到的一種進氣口部件 我們都知道噴氣式戰機的原理 就是在飛行時通過進氣口從前方進氣 再由發動機處理氣流 從噴口高速噴出 可問題在於 發動機也不是什麼空氣都想要 它更想要的是那些自由流動的 容易被壓縮機處理的空氣 因為當飛機在高速向前飛行時 自由流動的空氣能夠以更順直的途徑 高速湧入發動機所在的位置中 這樣也能讓發動機的工作性能提升到最大 但在戰機飛行過程中 往往會有一部分空氣遭遇外力的幹擾 它們的流動速度相對較慢 並且流動的方向也不是完全順直 這些頑固的氣流要是一直往發動機裡鑽 就會降低發動機的運作性能 那麼誰是這股特立獨行的頑固氣流呢? 答案就是邊界層 或者叫做負面層 大家可以想像一下 自己平常在騎車時與身邊的空氣摩擦的感覺 本來我們自身隨著載具高速移動 身旁的空氣也應該是很快被我們拋在腦後 但是由於人體是一個實體 空氣無法穿透 所以那些迎面而來的空氣在遭遇我們之後 就不得不減慢速度 從頭盔的邊緣摩擦過去 因此在整個騎行過程中 我們頭盔邊緣的空氣流速其實是比較慢的 而那些距離我們更遠的空氣 反而對於我們具有更高的相對速度 會更快地流到我們身後去 再舉一個例子 那就是我們身邊隨處可見的江河 河水雖然是從高往低流 但河道中央處的河水流速就是會更快 那些不停地與岸邊摩擦的水流 速度就很難快起來 上述的這類現象 在戰機的飛行過程中同樣存在 由於戰機在飛行中高速移動 不斷分波前方的空氣 那些不斷以飛機機翼和機身摩擦的氣流 在速度上就會比戰機附近自由流動的氣體更慢 並且在流動途徑上也不完全順直 這些流速慢 愛亂動的氣流 可以被理解為邊界層 戰機發動機本來是不想要這些緩慢氣流的 可偏偏戰機的進氣口又不能距離機身的位置太遠 既然如此 工程師們乾脆設計一塊板子 來控制進氣口吸入的氣流 這塊分流板的存在會使進氣口主體與機身保持一定距離 並且常常會前出一段距離 為進氣口提前隔開那些流速緩慢的氣流 這樣就能避免發動機被邊界層拖累 當然 雖然名字都叫分流板 但是不同的戰機設計也不一樣 大兵印象最深刻的分流板還要算歐洲颱風戰機上安裝的那塊 一般來說 進氣道直接設計在機頭下方的戰機 進氣通道都是單一的 但是颱風戰機下面做了雙通道設計 並且進氣道上方的快分流板還設計得又長又寬 為了配合機頭的形狀還做了一些弧形設計 跟雙開進氣道結合在一起 就像是一個眉毛濃厚 眼神堅定的壯漢一樣 細心的朋友可能會發現 颱風戰機的分流板在靠近進氣道的那一側 還分佈著有一些有規則的小孔 這些孔洞可以為進氣道略微增加進氣吸力 更好的規避邊界層的緩慢氣流 當然說到這裡 只是解釋了為什麼傳統的戰機進氣道 會設置分流板這種東西的原因 F35戰機的DSI進氣道設計 肯定也不只有去除分流板這麼簡單 下面就讓我們來看看F35進氣道的巧思之處 首先我們要指出的是 F35的DSI進氣道雖然取消了分流板 但是在進氣道上其實是另外做了前列設計 我們從上方或者下方觀看F35的外形時 就能發現進氣道的外側邊緣更靠前 而內側則是向後收起連接機身 兩側進氣口邊緣也不在一條直線上 如果沿著進氣口的邊緣畫兩條延長線 它們最終會在機身中部相交成一個銳角 與此同時進氣道偏向機身內側的位置 還會有一處明顯的隆起 像是擠壓了進氣道的一部分空間一樣 而這一處設計的妙用正是與之前的分流板一樣 讓邊界層的緩慢氣流從進氣口的上下兩端流走 不然邊界層幹擾戰機發動機的運作 有的朋友看到這裡會覺得不對 因為邊界層的緩慢氣流之所以會產生 本來就是和機身摩擦空氣密切相關的 現在DSI進氣道直接貼近機身 沒有分流板 不就正好讓邊界層直接往氣道裡面灌了嗎 畢竟F35進氣道內側的隆起是非常圓滑的 怎麼看也不像是能分離氣流的樣子 其實這種想法也沒有錯 因為DSI進氣道的設計中的確是不能隨便一處機身隆起 就能起到分隔邊界層的作用 這個隆起是要做多高多寬多長 都是要經過精密的計算 而能夠將這個隆起做到恰到好處的形狀 也正體現了洛克希德馬丁技術團隊的厲害之處 在這處隆起的形狀設計中 需要大量的空氣動力學演算和計算機模擬能力 來反復模擬戰機飛行情況 並且到了實際製造階段之後 還需要有相當高的零部件加工精度 才能將這種設計轉換成現實 但這項研究工作的回報也很豐厚 一旦找到合適的隆起程度 這處鼓包就可以像河流中的礁石一樣 將那些與機身摩擦而來的邊界層氣流 直接擋開分隔成上下兩段 這些發動機不想要的氣流 會緊緊貼著機身表面 從進氣口的上方和下方流走 因為空氣本身也是和水流一樣 喜歡找最容易通過的地方流走 對於邊界層來說 繼續攀爬進氣道鼓包湧入發動機 是遠遠沒有從上下兩端的缺口處 直接流走省力的 而且這些附著在機身表面的低足氣流 在流到進氣道隆起處之後 也沒有機會再回頭繞路 從進氣口外側的前掠進氣罩鑽進進氣道 在整個進氣口凹槽處 它們最好的出路就是從上下兩端遊走 如此一來 F35戰機進氣道內的鼓包 就替代了分流板的功能 如果僅僅是代替分流板 這也不能算是亮點 好在DSI進氣道的優勢還不只是這些 首先在進氣道內部設置隆起 會比另外安裝一塊分流板更輕便 早在1994年末 美國洛馬公司基於GSF原型機 研究過DSI進氣道的作用 在GSF機型的基礎上 使用進氣道鼓包代替傳統的分流板 可以為戰機減輕大約300磅的重量 300磅說起來只是136千克 似乎對於一架重量以噸計的戰機來說 也沒有輕多少 但不論是任何一架戰機 其最終呈現給世人的重量 都已經是盡可能輕盈化的結果了 對於戰鬥機來說 減重是至關重要的 減重不僅能增強戰機機動性 增加戰鬥機的總航程和作戰半徑 還能節省出更多額外的載荷能力 多攜帶一些彈藥和設備 並且戰鬥機輕一些 也能減少工廠在製造環節面臨的困難 因此DSI進氣道比傳統進氣道更輕 絕對是一個明顯的優勢 不僅如此 F35的DSI進氣道 還能為戰機發動機提供氣流預壓縮功能 從而提高進氣道高速狀態下的吸氣效率 減輕戰機引擎工作時的負擔 因為在正常飛行過程中 進氣口吸入的氣流 本來就是要交給引擎的壓縮機進行壓縮再使用的 而F35進氣道的鼓包 除了隔開附著在機身表面的慢速氣流外 還能作為一個壓縮面 去對那些正常吸入進氣道的自由空氣進行預壓縮 除了上述的種種好處之外 DSI進氣道的另一大好處 就是可以提升戰機的隱身性能 對於一款追求隱身性能的戰機來說 最容易暴露自己雷達信號洩露部位 就是前端的進氣口和後端的發動機噴口 我們都知道 美軍在處理隱形戰機的發動機噴口上 沒有什麼問題 例如F35在噴口處就使用了鋸齒設計 鋸齒尖端能將後方傳來的雷達波 朝噴口兩邊的方向偏轉 從而降低發動機噴口處的雷達信號特徵 並且F35的發動機噴口 還在兩層魚鱗片部件之間 加了一層冷卻空氣道 這就進一步降低了F35戰機尾部的紅外熱信號 除此之外 美軍還在F35的發動機噴口內 安裝了被稱為雷達波品器的設備 這種部件本身外形和一般的發動機風扇葉片類似 但是其能通過葉片排列角度的偏折 將雷達波反射到其他方向去 從而降低戰機自身作為一個主體的雷達反射面積 美軍既然要解決F35尾部噴器的隱身性能 自然就要繼續去提高前端進氣口的隱蔽性 我們不用猜也能知道 戰鬥機在飛行過程中 最大的熱信號釋放源就是戰機的引擎 和與引擎相連通的尾部噴口一樣 戰機前方的進氣道也是一個容易暴露發動機熱信號的地方 因此進氣口要追求隱身 首先就是要遮蔽這股熱信號 進氣道或許不能加蓋堵傷 但至少還可以進行彎曲 首先戰機的進氣通道可以進行大幅度的扭曲 並且通道內部的截面形狀設計要變化 通道的橫截面積也要隨之變化 在保證戰機內部結構合理的情況下 這種扭曲和變化幾乎是越大越好的 只有一個形狀接近S型 並且截面存在變化的進氣通道 才能避免敵軍的雷達波直接照射到戰機最大的熱信號來源 那就是發動機的風扇和壓氣機葉片 同時不規則扭轉的進氣通道 也能破壞雷達波的正常傳遞效應 避免進氣口帶來強烈的信號反射 當然要做好一款隱形進氣道 也不是隻做了通道扭曲和截面變化設計就可以了 還要在通道內部覆蓋吸收雷達材料 而現有的主流吸波材料都不是完美的 例如氫機鐵和類似機理的吸波材料 都只能在一定程度的角度範圍內纔能有效吸收雷達波 一旦雷達波以30度或者更小的角度照射進來 對於戰機的隱身性能都是不利的 換句話說,雷達波照射在吸波材料上的角度 越是接近90度直角,戰機的隱身性能才會越好 因此為了規避吸波材料自身的不足 進氣通道在設計時 也要提前為那些外部照射進來的雷達波 設計固定的反射路徑 讓雷達波一次又一次的 以接近垂直的角度 反射在通道內的吸波材料上 最終使雷達波衰減到非常微弱的地步 在這個過程中 雷達波的有效衰減反射要盡量做到6次以上 當然戰機內部的結構空間也是有限的 現在的戰機一般不讓進氣道內的雷達波折射超過8次 而DSI進氣道內部的凹凸形狀 雖然還不影響進氣道內部的設計 但是這種隆起本身為發動機風扇提供了額外的雷達波屏蔽 也能減少引擎熱信號通過進氣道產生的熱信號暴露現象 從而提高戰機的隱身性能 不僅如此 F35的DSI進氣道消除了傳統戰機進氣口分流板 和機身之間存在的那處不規則空間 使得戰機的外形更加規整平滑 也能降低戰機的雷達反射率 從這個角度來講 F35的DSI進氣道其實還是比F22的加萊特進氣道具備更好的隱身性能 但是話又說回來了 F22尾部噴口的隱身設計做的還是很不錯的 反倒是俄羅斯的蘇57既沒有用上DSI進氣道 也沒有在尾部噴口上用上太多隱身設計 那麼大家認為蘇57戰機的隱身性能與美軍戰機相比會有哪些差異呢 歡迎各位在評論區發表看法 瞭解完F35的進氣道 下期那是為什麼欄目 讓我們關注一下美國海軍福特號航母在甲板上設置的控制氣泡 感謝您的陪伴 我們下期節目不見不散