S型進氣道會造成發動機推力損失嗎?

時間 2021-05-06 14:48:05

1樓:天洑軟體

進氣道內靠近壁面的位置由於粘性存在低能流,也就是附麵層,當附麵層堆積到一定程度就會與主流存在壓差,這個壓差大到一定程度會導致二次流動,也就是主流氣體會與低能流摻混。

S型進氣道由於其造型相比直進氣道,在彎曲位置更容易發生二次流,還有s彎會造成氣體流動旋轉,也就是旋流,這兩個會導致進氣道:

1:效率下降,直接表現就是流量降低,也就是推力會下降。2:

無論是二次流還是旋流,都會導致發動機靠近喘振邊界。但是在進行一些超機動性動作時,s彎進氣道反而會比直進氣道效能好一些,無論是總壓恢復係數還是出口不均勻度。

2樓:流玥

前面有個答主說的對,單純的S彎進氣道是很少見的。目前也就B-2這種飛翼布局的飛機採用揹負式的純S彎進氣道。

除了這種純S彎進氣道,殲-20、F-35採用的DSI進氣道,在內壓縮段也是採用的S彎設計,只是其鼓包更具有特點,所以叫DSI進氣道。

S彎進氣道發展的目的就是為了提高飛機的前向隱身效能。通過精心設計的型線來使得氣流經過彎曲流動後進入發動機,這樣從飛機正面是不能直接看到發動機的,就可以提高隱身效能,但是相應的也會產生一些弊端:

進氣道長度較大,整個進氣系統重量大。

進氣道是給發動機提供滿足需求的進氣氣流的,它對氣流進行壓縮,降低氣流速度提高氣流壓力。對於亞聲速飛行器,比如戰略轟炸機、民航客機,採用的進氣道本質上都是一根擴張管道。

對於戰鬥機來說,採用的超聲速進氣道一般有三種結構形式,分別是外壓式、內壓式、混壓式。區分的原則是對氣流的減速壓縮過程是全部在唇口外部完成(外壓式)、一部分在唇口外一部分在唇口內(混壓式)、全部在唇口內完成(內壓式)。

對於S彎進氣道來說,要使氣流在進氣道進口和出口存在高度差,但是又不能讓氣流彎折的很厲害,不然會產生比較大的流動損失,你想象一下水流在直角形的渠道中流動,時間長了拐角處的沖刷是很厲害的。這其實就是水流的動能轉移到渠道上去了,對渠道做功了。所以為了避免這種現象,S彎進氣道都做的比較長,這樣氣流方向變化就比較舒緩。

比較一下B-2和民機短艙的長度就很明顯地可以看出這點了,長就意味著重量會大一些。

2.S彎段的進氣損失較大

前面提到的,對於J-20這種超聲速戰鬥機,它採用的就是DSI形式的混壓式進氣道,氣流通過鼓包的壓縮作用後,流速降低壓力公升高,同時還能把在機身前半段發展的附麵層排除掉,然後再經歷過鼓包後端唇口附近的一道弓形波後降到亞聲速,再在S彎擴張段內繼續減速。在這個過程中,主要存在激波損失和粘性損失,實際上單純的亞聲速擴張段的氣流損失是很低的,對於混壓式進氣道來說,亞聲速段的進氣損失佔整個進氣系統的1/10都不到。像民機的短艙進氣道,進氣總壓恢復係數經常是0.

99級別的。但是上面也提到了,S彎進氣道比較長,這就意味著氣流在流經混壓式進氣道的S彎擴張段時形成的附麵層比厚,由於粘性的作用,附麵層裡都是低能流。這就使得發動機的進氣總壓略低一點,而根據資料,進氣總壓恢復係數低1%,推力降低約為1.

25%。下面這張圖就是乙個S彎進氣道在不同進氣條件下的出口總壓恢復雲圖,壁面附近的深藍色區域就是由於粘性損失造成的低壓區。

3 誘發旋流畸變,可能引發發動機不穩定工作

前面說了進氣道是給發動機提供滿足需求的氣流的,那發動機需要什麼樣的氣流呢?一是速度壓力合適,總壓越高越好。二是要均勻,即就是發動機進口截面的壓力、溫度還有速度分布,越均勻越好。

因為對於風扇葉片和壓氣機葉片來說,均勻的氣流能保證沿整個葉片高度都處於同一種工作狀態,這樣就不會因為狀態不一樣產生分離團進而發展成失速、喘振。為了評價進氣均勻程度,有乙個進氣畸變指數,包含壓力畸變、溫度畸變還有旋流畸變。舉個例子,飛機在大迎角飛行時,進氣道內部就會因為唇口氣流分離而產生大的壓力畸變。

艦載機在航母上偏流板前準備起飛時,噴管的氣流被偏流板折返後發動機再吸進去,就存在溫度畸變。

而最後一種旋流畸變是什麼呢?它是指進氣道內的氣流,不光存在沿著進氣道長度方向的流動速度,還存在垂直該方向上的徑向和周向速度。簡單說就是氣流一邊向前,一邊旋轉。

下面這張圖就是計算出的乙個S彎進氣道出口截面的速度向量圖,可以很明顯地看到在下方有兩個渦。

那旋流畸變有什麼危害呢?在美國SAE協會發布的AIR5686中就提到,狂風戰鬥機就是因為設計時沒有考慮到旋流畸變的影響,導致在後期遇到了機動過程中發動機喘振的問題。還有民機APU(輔助動力裝置)的進氣道也存在旋流畸變,也出現過旋流畸變引起的發動機喘振。

那對於這種危害性比較大的進氣畸變,一方面在設計之初就要盡量去降低畸變水平,另一方面如果現有設計固化了,也可以通過加裝一些導流葉片之類的裝置來削弱旋流的強度。

以上三點就是S彎進氣道的三個缺點了,期待早日在H-20上看到揹負式的S彎進氣道吧。

參考:賈洪印.帶鼓包的揹負式大S彎進氣道流場特性及引數影響規律;

張磊.進氣條件對S彎進氣道出口旋流畸變強度影響研究。

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