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這款被淘汰五代機的獨特進氣口:居然領先DSI好多年

雖然在ATF先進戰術戰鬥機競爭中敗給了洛克希德的YF-22,但諾斯羅普YF-23在軍迷中的人氣反而越來越高,不僅有愛好者,就連一些軍事專家(其中包括洛克希德公司內部人士)也認為獲勝的應該是YF-23。

與中庸的YF-22相比,YF-23是一種激進的五代機設計,雖然隱身性能優於YF-22,但也導致了該機過於複雜。除了之前介紹過的蒸發冷卻尾噴管溝槽外,該機的進氣口設計也非常奇特。

超級巡航是ATF的關鍵要求之一,也就是在不開加力的情況下進行長時間超音速飛行。該機的另一個關鍵要求是低可觀測性(隱身)。因此YF-23的進氣口需要在為發動機提供大量穩定氣流的同時做到保持隱身性能。

在ATF項目之前,精心設計的進氣口附面層隔道已經成為超音速戰鬥機的慣用設計。該裝置通過把進氣口與機身隔開來分離低能量附面層,保證發動機穩定進氣。但這種設計對隱身不利,即使進氣口隔道與機身之間的間隙很小,也會導致前半球雷達截面積的增加。F-22的雙斜切加萊特進氣口仍然沒有能完全取消附面層隔板設計,而諾斯羅普YF-23卻做到了。

由於空氣是有粘性的(儘管很低),空氣和物體表面的摩擦使接近表面的流速下降,而遠離表面的「自由空氣」的流速相對均勻。實際空氣在接近物體表面時經常不是層流狀態,而是渦流狀態,流速、方向都是混亂的。這層空氣叫附面層或邊界層,被發動機吸入後會導致效率下降,推力不穩定。在某些飛行狀態下,附面層空氣會變成高度湍流,極大地影響發動機的性能,甚至令其失速。

在超音速下,這些問題變得更加複雜。因為隱身飛機不能採用可變幾何入口、大型進排氣門,以及用於降低進氣速度的壓縮斜坡和錐體(都會增大RCS),這使得隱身戰鬥機的進氣口設計難度更大。雖然S形進氣道不僅能夠隱藏發動機,還能在超音速飛行中(最高可達2馬赫左右)使進氣充分減速,讓發動機不受激波干擾,但是這並沒有解決附面層的問題。

YF-23採用了一個巧妙的設計來取消附面層隔道。該機的梯形進氣口位於兩側機翼下方,機翼前緣形成進氣口的上唇。這是一個簡單的固定幾何形狀二波系進氣口,把進氣口布置在機翼下方而不是機身兩側的優點是可以取消附面層隔板設計,只使用多孔面板就行吸除機翼下表面形成的薄附面層,再從機翼上方排出。吸入式輔助進氣門設置在發動機艙頂部,用於在起飛或低速飛行時向發動機提供額外空氣。進氣道不僅向上彎曲,還向內彎曲,對於入射雷達波完全屏蔽了發動機壓氣機正面。

因此,YF-23的進氣口不是作為一個獨立的結構懸掛在機身下面,而是成為了機身的一部分,被融入隱身外形中。鑒於YF-23在高速試飛期間並沒有暴露出YF119和YF120發動機在整體穩定性上的任何問題,可以判斷其進氣系統運作良好。甚至進氣系統甚至幫助YF-23獲得高於YF-22的超巡表現。

直到多年之後,洛克希德才拿出了能與YF-23媲美的無附面層隔道(DSI)進氣口,通過一個壓縮鼓包來分離附面層來取消附面層吸除裝置。如今DSI進氣口已經成為F-35、殲-10C、殲-20、梟龍等戰鬥機的標配。


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