隱身飛機的進氣道設計：6種不同方案哪種將成主流？

進氣道是隱身飛機的一個重要組成部分。如果進氣道隱身不好，發動機風扇和渦輪的正面暴露在入射的雷達視線之中，那無異於黑夜中手電筒照在閃亮的大門板上，想不看見都難。隱身飛機的歷史不長，除了被取消的項目、無人機和研究機外，美國有 6 種飛機可以稱得上是隱身飛機：F-117、B-2、F-22、YF-23、F-35 和 X-32，其中 YF-23 和 X-32 都是接近生產規格的飛機，所以算進去了。有趣的是，這 6 種隱身飛機採用了 6 種不同的隱身進氣道的設計。

進氣道設計分里外兩部分，里指進氣口以內到發動機的這一段。對於隱身來說，這一段應該有所彎曲，使發動機正面不直接暴露在入射的雷達視線之中。外指進氣口本身，這要求盡量避免邊界層分離板和進氣口唇部和前進方向（一般假定為最主要的雷達入射方向）不成直角，如果可能的話，甚至避免邊界層分離板。

F-117 是歷史上第一架真正的隱身飛機。由於技術條件的限制，F-117 的隱身技術是基於多面體反射的原理，將入射的雷達能量盡量反射到其他方向，而不是返回到入射的方向，以減小被雷達探測的機率。F-117 的發動機並沒有深埋，所以進氣道沒有多少彎曲，主要靠進氣口上的格柵形成雷達屏障。進氣口本身是斜切的，在水平和垂直方向上都向後斜切一刀，以避免和前進方向上形成直角。網格狀的格柵可以使足夠的空氣通過，以保證發動機的正常工作。但網格本身尺度較小，對入射的雷達來說，和傾斜的平面沒有兩樣。F-117 就是這樣阻止入射雷達直接「看見」發動機的。由於是亞音速飛機和出於對隱身的考慮，F-117 沒有對邊界層分離作特殊處理，發動機效率也因此受到損失。作為不強調機動性和極端飛行性能的「低性能」飛機，這是可以接受的。

F-117 的進氣口的格柵清晰可見

除了進氣口格柵外，進氣道基本上是平直的

B-2 在技術水平上比 F-117 高得多。由於計算技術的進步，更由於電磁理論的突破，B-2 採用弧頂平底尖邊的外形。理論上，飛碟是最理想的外形；實際上，飛翼足夠接近理想外形，而且飛翼在氣動和結構上有額外的好處。由於肥厚的飛翼的原因，B-2 可以把發動機深深地埋在飛翼結構里，飛翼的上表面的扁平的進氣口和彎曲的進氣道可以保證入射的雷達無法從上方直接照射到發動機的正面，從下方就更不可能了。這樣 B-2 可以採用較簡單的翼上扁平進氣口，只需要在唇部作尖齒修形，就沒有問題了。但是翼上進氣口的問題是，氣流要流經飛翼的上表面一段路，才能進入進氣口。上表面和空氣的摩擦加劇了邊界層的問題，所以亞音速的 B-2 的進氣口也採用了常規的水平的邊界層分離板，和進氣口唇部一樣，也做了尖齒狀的隱身修形。

B-2 的翼上進氣口對地面防空雷達是完全隱身的，對空中雷達也通過扁平進氣口和彎曲進氣道達到很好的隱身效果

發動機深埋在飛翼內部，遠離雷達的視線

F-22 和 F-117、B-2 不一樣，不光要求隱身，更要求機動性和超音速巡航性能。F-22 不光採用了彎曲的進氣道（但彎曲程度不及 B-2），還採用了介於機側和翼下進氣口之間的所謂 Caret 進氣口。這個 Caret 進氣口不光在水平和垂直方向同時向後斜切一刀，還將矩形的進氣道截面扭轉成斜菱形的，避免了側面的直立平面。Caret 進氣口在垂直方向的向後斜切一刀可以和 F-15 的楔形進氣口相比，在大迎角時具有將迎風氣流兜住的作用，有利於發動機穩定供氣。在水平方向向後斜切一刀則避免了唇部和前進方向成直角。然而，這樣複合地斜切，加上進氣道側面和菱形機頭的折邊相當於邊條，對進氣口的氣流場設計和整個飛機的氣動設計要求很高，弄不好要弄巧成拙。Caret 進氣口整個側懸於機身，和機身的空隙正好作為邊界層的泄流道，在機翼上表面開口泄放。取消的 A-12 攻擊機的進氣口也屬於 Caret 進氣口，當然 A-12 沒有超巡的要求。

F-22 的 Caret 進氣口和機身之間有明顯的空隙，這就是分離邊界層的地方

進氣口後上方緊靠機身的開口就是泄放邊界層的地方

對比 F-15 的楔形進氣口，F-22 的進氣口的斜切一刀有異曲同工之妙

YF-23 的設計要求和 F-22 一樣，但更強調隱身和超巡。YF-23 採用翼下進氣口和向上的彎曲進氣道。翼下進氣口和機身下截面的形狀是吻合的，也是梯形，但擯棄了邊界層分離板，而是別出心裁地在進氣口前的機翼下表面開了很多小孔，用於吸走邊界層，然後向機翼上表面泄放。機翼上表面氣壓低於下表面，這是機翼產生升力的道理。YF-23 巧妙地利用了這個原理，通過孔道將邊界層從發動機進氣氣流中吸除，抽吸到上表面，解決了邊界層分離的問題。不過不知道長期在惡劣環境使用時，會不會這樣有孔道堵塞的問題。邊界層分離板的結構徹底消失，消除了一大導致強反射的前向孔穴。從這一點上說，YF-23 的進氣口隱身設計比 F-22 的 Caret 進氣口還要先進。翼下進氣口還在氣動上保證了發動機在大迎角下的穩定供氣，這一點和蘇-27 是一樣的。

YF-23 的結構解剖圖，注意標 58、59 的地方，這就是邊界層吸入和泄放的地方

邊界層吸收裝置

從正面看，進氣口前的機翼下表面是平整的，除了現在被塗沒的洞孔外

拆除發動機的 YF-23 反而可以看見彎曲進氣道的情況

F-22 代價之高昂，連財大氣粗的美國都感到承受不起，於是作為高低搭配中低端的 F-35 應運而生。F-35 的隱身和機動性要求都比 F-22 放鬆不少，超巡要求索性放棄，所以飛機的設計也相應簡單。F-35 採用了先進的 DSI 進氣口（意為無分離板超音速進氣口，Diverterless Supersonic Intake），巧妙地採用一個複雜形狀的鼓包，將邊界層的獃滯氣流層從中間一剖為二，引向進氣口兩側的邊角泄放，而不影響主要的「乾淨」氣流層穩定地進入發動機。這樣，DSI 避免了邊界層分離板，避免了前向隱身的一大隱患。機側進氣和單發也自然地保證了 Y 形彎曲進氣道的要求。DSI 進氣口在進氣口的局部設計比較複雜，但對整機的影響沒有 Caret 進氣口或 YF-23 那樣的吸氣式邊界層分離來得大。但 DSI 據說最優範圍較窄，不適合兼顧超巡和高機動的要求。

F-35 的機側進氣口有一個很有特徵的鼓包，這就是 DSI

這是計算流體力學對 DSI 的模擬

落選的 X-32 的進氣口採用了所謂雷達屏障來達成隱身。這是像整流片一樣的一組可動葉片。完全開啟時，氣流和雷達波都可以順暢地進入進氣道，完全關閉將使發動機窒息，當然不可以。但部分關閉，可以使入射的雷達波的大部分被葉片遮擋，剩餘的漏網之魚必須偏轉一個角度才能進入內進氣道，在返回入射方向時，大部分再次被遮擋，只有漏網之魚中的漏網之魚才能逃逸回去，大大削弱有效回波。內進氣道的壁上塗敷吸波材料，進一步削弱有效回波。屏障片關閉的程度可由任務和威脅程度來決定，平時可以打開，以改善發動機的工作條件和節約燃油；高威脅時關閉，以增強隱身。這個設計首先被用在 F-18E 上，這也是 F-18E 敢於稱為「半隱身飛機」的主要原因。由於進氣口位置十分靠前，機頭結構引起的邊界層問題不大，所以 X-32 只約略在機頭下部採取了類似 DSI 的措施，但沒有過於下功夫。真正機頭進氣的米格-15 到 21 根本不用對邊界層採取任何措施，這也是早期單發戰鬥機採用機頭進氣的一個重要原因。

X-32 的進氣口差不多就相當於機頭進氣了，看起來好像敵人雷達可以對發動機一覽無遺的樣子，但裡面隱藏著一個秘密：雷達屏障

面對這樣一個雷達屏障，雷達不能一目了然地看到發動機的正面，漏網的電磁波最終也大半被「陷」在屏障的背面，只有很少能夠逃逸。這個雷達屏障是 F-18E 上的，意思是一樣的

F-117 那樣的雷達屏蔽格柵比較簡單，用於低性能飛機比較合適。B-2 的翼上進氣口的隱身最好，尤其對地面防空雷達，但不適於高性能的戰鬥機，拉大迎角機動時，進氣穩定性很難保證。F-35 的 DSI 用於對已經大體定型的飛機的隱身修形比較好，梟龍 04 就採用了 DSI。DSI 當然也可以用於新飛機。X-32 的雷達屏障也是一樣，但對發動機性能有所損失。機頭進氣也恐怕對不需要座艙的無人機和巡航導彈更合適，這樣可以縮短機頭進氣口 到發動機的距離。F-22 的 Caret 進氣口適合於高機動和超巡，在性能上超過 DSI，更是遙遙領先於雷達屏障。但 YF-23 的吸氣式邊界層分離最為先進。不知道能不能將吸氣式去除邊界層和輔助進氣結合起來，飛機上的發電機、空調系統有獨立的進氣口，如果和吸氣式去除邊界層結合起來，豈不一舉兩得？

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