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世界航空强国不少,但流体力学太难,DSI进气道

来源:航空动力学报 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-01

任何一种发动机在工作的时候,有一个最基本的要求,就是进入发动机的空气必须是均匀和稳定的。

航空发动机在这方面也不例外。

●空气是可压缩流体,运动方式分成两大类,一类叫做层流,一类叫做紊流。

层流是一种在整个流体断面上均匀稳定的流体,流体运动质点瞬时速度方向的连线(流线)光滑且连续。

紊流在整个流体断面上不稳定不均匀,质点的运动轨迹无规律,流线会缠绕成卷。

如果进入航空发动机进气口前的气流是紊流,那么进入的空气流量就一会儿大、一会儿小。发动机就会像人得了哮喘一样不停的喘,会发生震动。

●运输机、客机,发动机采取吊仓方式布置,远离紊流扰动区。

少数几种对地攻击机,比如A10“尤猪”,发动机也采取吊仓方式布置。

绝大部分的作战飞机,发动机采用紧凑布置方式,和机身是连在一起的。

●上单翼布局的米格31、f15等,进气道的位置都在机身两侧。

空气进入发动机进气口之前,会先流过机身前半部。

流体是有粘性的,空气也不例外。碰到机身外表蒙皮的时候,就会由层流状态转换成紊流状态。

这个装置叫做“附面层流体隔离结构”,非常简单,也非常实用。

只要不是机头进气的高空高速战斗机,F22、F15、su27、歼10早期型号等等,全部都会采用“附面层流体隔离结构”。

●台风战斗机EF-2000发动机进气口的附面层流体隔离结构。

这个装置有一个问题,就是会产生额外的结构重量。

在飞机制造之前就会有一个设计重量,造出来以后往往会超重,然后采取各种措施减重。

隐身战斗机,所有的武器全部都要收纳进机身的内部,武器舱的舱门启闭机构都是额外的重量。

●F35战斗机舱门上的各种动作机构,非隐身战斗机上都没有。

隐身飞机既要满足低电磁波反射率的要求,又要满足武器内置的要求,还要满足空气动力学的要求,结构必须反复优化,机体重量控制更加严格。

●F35战斗机要垂直起降,为此需要在飞机的中部增加一个升力风扇,以及其他部位额外的吹气口。

这个些装置只在起降的时候用到一小会,大部分情况下都是一团死重。

所以,f35对于重量控制的要求,是严格之上再加严格。为了减轻结构重量,就把进气口附面层隔离装置替换成了DSI装置。

DSI进气道的正式名称是无附面隔层进气道,比有附面隔层的进气道重量减轻了。

●F35战斗机是世界上第1个采用DSI进气道的飞机。

所以很晚才出现,连f22上面都没有用到。

DSI装置出来以后,中国的专家看了一眼,立刻就复刻出来了。

中国人的计算流体力学功夫是非常非常厉害的。已故著名科学家钱学森、美籍华人科学家林家翘,都是这方面的大拿。

像银河系这样的星系,为什么会有悬臂这样的结构?如果这个结构是固定,随着星系的旋转会越缠越紧。

后来才搞明白,这是由于星际物质密度变化、恒星密度变化,形成的疏密相间的不固定结构,被称为“密度波”。这个计算需要用到流体力学,是由林家翘完成的。

●太阳系在银河系的猎户座悬臂内侧。

只要时间足够长,太阳系会运动到猎户座旋臂、人马座旋臂之间。

恒星的演化,星系的演化,很多都需要流体力学计算。

设计DSI进气道,既要有数学模型,还要依靠海量的数值运算。

流体力学的复杂性,决定了每一个单独的结构都要独立建立数学模型。这些数学模型往往要从“最小作用量原理”这样的第一原理开始推导。

现在健在的国内流体力学专家有高歌教授。

国内攻克DSI进气道的理论计算团队,应该是世界上最优秀的。

已经服役的歼20,正在研制中的歼30,都使用了dsI进气道。

●最新歼10从有附面隔层的进气道,改成DSI。