美国把下沉式进气口玩熟了

晨枫

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洛克希德终于姗姗来迟地推出自己的CCA，命名Vectis，臭鼬工厂出手到底不一样，一出手就是精品。这是美国第一种无尾飞翼的战术飞机，不管是有人还是无人，如果F-47最终是鸭式无尾的话。


& ^$ L) H: s' M  A4 `9 k: \洛克希德Vectis

与安杜里尔、通用原子甚至波音的CCA相比，洛克希德的CCA明显更加高大上。引人注目的是，采用了下沉式进气口，这是波音MQ-25之后又一个采用下沉式进气口的无人机，但两者还是不一样。

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$ }5 O, O& u# p; V4 V# y波音MQ-25“黄貂鱼”

相同的是，两者从正前方看，完全看不到进气口和发动机。这不仅改善了隐身，雷达波是不会拐弯的，气流能顺着下沉式进气口流入发动机，雷达波不可能顺着气流一起流入，而是“过门而不入”。就进气口设计而言，这是最隐身的，没有之一。DSI也好，加莱特也好，都做不到这个程度的隐身。


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' `: r1 T- \' v2 @4 w波音MQ-25是亚音速的，最大速度约M0.7，进气口设计相对挑战较小，没有边界层分离问题。Vectis要求达到M0.8-0.9，进气口设计就要讲究得多，需要考虑边界层分离了。这也可以从已有的官方想象图中看到，在进气口上唇两角各有泄流道。
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' @- t; _( ^0 n( j$ U- o, [边界层也叫附面层，这是空气粘性导致的机体表面气流“堆积”和呆滞。这个现象在速度较高的时候更加严重，超音速导致的激波与边界层的交互作用更加复杂。分离出去是必要的。
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下沉式进气口有两个问题：

7 [2 C6 w0 V: g8 W* J; B/ C1、确保气流顺畅进入
: @  _  w4 y  x$ d1 `0 ?$ x2、确保边界层分离

( Q/ [" I. S8 h/ ~$ }0 o! L必须说，雷达波不会转弯，气流没有一点“威胁利诱”，也不会主动转弯。下沉式进气口实际上是一个下坡道，换句话说，对于本来平直的流道，是一个扩张。体积增加，压力降低，也就是说，下坡道在下方形成低压区，把本来“过门而不入”的气流向下吸引近来。
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- ?8 k) P/ q  k3 V3 P8 m% {0 J9 [但这还不够，还需要在水平方向也扩张，同样道理，对跌落进来的下沉气流形成侧向的低压区，形成从中向侧的涡卷，带走边界层。这也是NACA duct的思路，波音MQ-25用的也是类似的思路。
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8 {* h9 w: y' n( ANACA duct的计算流体力学的流线示意图

这对速度较低的情况使用，但速度进一步提高就不合适了。问题在于边界层分离。
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铲形机头的锐利边缘“切入”迎面气流，圆钝的“额头”起类似DSI鼓包的作用，用压力梯度将边界层向两侧推挤。但这样的附面层分离是不彻底的。而且Vectis那样简单斜切的带下坡V形槽对气流有减速作用，自身也产生边界层问题，因此需要将边界层从斜面引向进气口上唇的两侧“嘴角”，泄流道就是用于流散边界层呆滞气流的。
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! `4 [0 A/ V9 n5 {/ R, [上唇略显圆钝，也有推挤气流、形成局部高压的作用，好像一道坝，一方面帮助把来流“挤压”到下方的进气口内，另一方面把边界层向两侧“嘴角”推挤。上唇略微拱起，也对阴面气流起“兜住”作用，有利于在一定迎角下依然保持进气顺畅。
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3 L. A1 f; X& d5 a4 h% S现在还不能确认Vectis的下沉式进气口已经足够成熟，也不能排除现在公布的想象图是有意误导的，已经公布的“实机模型”也不是不能搞鬼。前一阶段的Vectis想象图就是相当常规的进气口，与B-2的相似，没什么离经叛道，但也仅此而已，没有反映80年代B-2设计时代以来的进气口设计技术的进步。
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" c$ N7 O! f" M当然可以等实机公开，也可以根据现有数据先进行计算流体力学仿真和风洞试验。如果能成熟化，这是很有潜力的方向。