附面层是一个流体力学术语|战斗机进气道为何要尽量避开附面层气流?

附面层是一个流体力学术语|战斗机进气道为何要尽量避开附面层气流?
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附面层是一个流体力学术语 , 英文为Boundarylayer , 又称为边界层 。 水、空气或其它低粘滞性流体沿固体表面流动或固体在流体中运动时 , 在高雷诺数情况下 , 附于固体表面的一层流体称为附面层 。 以空气为例 , 当空气流过固体物体时 , 由于物体表面不是绝对光滑 , 加之空气具有天然粘性 。 于是紧贴固体物表面的一层空气受到阻滞 , 流速最大减小为零 。 这层流速为零的空气 , 又通过粘性作用影响上一层空气的流动 。 可以使上层空气流速同样减小 。 如此一层影响一层 , 在紧贴物体表面的地方 , 就出现了流速沿物面法线方向逐渐增大的薄层空气 , 通常将这一薄层空气称为附面层 。 附面层现象在低马赫数的空气流动下影响并不是特别明显 。 但是对高亚音速甚至是超音速飞行的战斗机来说 。 附面层产生的不利影响;
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尤其是对飞机进气道的不利影响就非常的明显了 。 由于飞机的外形对飞机的高亚音速或者超音速飞行带来的空气阻力影响非常大 。 因此战斗机大多数设计成相对流线型的整体造型 。 尽量减少飞机的横截面积以减少飞行阻力 。 这样就要求不论是亚音速进气道还是超音速进气道 。 都需要尽量地贴近飞机的主体机身 。 但是进气道贴近机身 。 必然会受到飞机机身自然带来的附面层气流的干扰 。 要避免机身附面层对进气系统的干扰 , 最简单有效的办法就是选择机头顶部进气 。 比如像米格19或者米格21的机头进气方式 。 不过现代化的战斗机 , 因为多选择机头最前端这个最有力的位置安装雷达系统 。 因此大多需要把进气道安装在飞机的肋部或者腹部 。 于是前机身带来的附面层的不利影响必然不可避免 。
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附面层给进气系统带来的最明显的不利影响 , 就是进气速度相对于飞机本身的空气相对速度更低 , 而且气流流速不稳定 , 方向性也不好 。 这样就会对进气道灌入流速低而且不稳定的气流 。 对飞机发动机的风扇产生扰动 , 最终给发动机带来严重的喘振效应 。 不但损害发动机的工作稳定性 , 还会降低发动机的整体寿命;严重情况下会造成空中熄火 , 影响飞行安全 。 因此对大多数军用飞机来说 , 要避免附面层的不利影响 , 瀚海狼山(匈奴狼山)认为只有两个途径 。 第一 , 就是要尽量避开附面层 , 再吸收进气 。 第二则是人工改变附面层的气流性质 。 让其变得适合进气道吸收 。 第一个办法 。 可以让飞机的进气道距离主机身一定的距离 。 比如进气道和机身之间留出十几厘米的空隙 。 并且在进气道前端和机身之间设立一个分流板 ,
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飞机前机身产生的附面层 , 一般厚度也就是十几厘米 。 进气道主动避开附面层而且设置分流板后 , 则附面层的不利影响基本消失 。 因此三代和三代以前的战斗机多采用这种方式 。 不过这样会带来前机身雷达反射指标的增大 。 到了隐身机时代 , 多采用鼓包进气道 。 鼓包进气道利用沙丘吹风原理 , 可以给附面层气流增压增速 , 让其气流大部分变得适合进气道吸收 。 同时减少反射指标 , 也减轻了进气道系统的全部自重 。 可算是一举多得 。
附面层是一个流体力学术语|战斗机进气道为何要尽量避开附面层气流?】来源:瀚海狼山