这款被淘汰五代机的独特进气口:居然领先DSI好多年

  虽然在ATF先进战术战斗机竞争中败给了洛克希德的YF-22,但诺斯罗普YF-23在军迷中的人气反而越来越高,不仅有爱好者,就连一些军事专家(其中包括洛克希德公司内部人士)也认为获胜的应该是YF-23。

  与中庸的YF-22相比,YF-23是一种激进的五代机设计,虽然隐身性能优于YF-22,但也导致了该机过于复杂。除了之前介绍过的蒸发冷却尾喷管沟槽外,该机的进气口设计也非常奇特。

  超级巡航是ATF的关键要求之一,也就是在不开加力的情况下进行长时间超音速飞行。该机的另一个关键要求是低可观测性(隐身)。因此YF-23的进气口需要在为发动机提供大量稳定气流的同时做到保持隐身性能。

  在ATF项目之前,精心设计的进气口附面层隔道已经成为超音速战斗机的惯用设计。该装置通过把进气口与机身隔开来分离低能量附面层,保证发动机稳定进气。但这种设计对隐身不利,即使进气口隔道与机身之间的间隙很小,也会导致前半球雷达截面积的增加。F-22的双斜切加莱特进气口仍然没有能完全取消附面层隔板设计,而诺斯罗普YF-23却做到了。

  由于空气是有粘性的(尽管很低),空气和物体表面的摩擦使接近表面的流速下降,而远离表面的“自由空气”的流速相对均匀。实际空气在接近物体表面时经常不是层流状态,而是涡流状态,流速、方向都是混乱的。这层空气叫附面层或边界层,被发动机吸入后会导致效率下降,推力不稳定。在某些飞行状态下,附面层空气会变成高度湍流,极大地影响发动机的性能,甚至令其失速。

  在超音速下,这些问题变得更加复杂。因为隐身飞机不能采用可变几何入口、大型进排气门,以及用于降低进气速度的压缩斜坡和锥体(都会增大RCS),这使得隐身战斗机的进气口设计难度更大。虽然S形进气道不仅能够隐藏发动机,还能在超音速飞行中(最高可达2马赫左右)使进气充分减速,让发动机不受激波干扰,但是这并没有解决附面层的问题。

  YF-23采用了一个巧妙的设计来取消附面层隔道。该机的梯形进气口位于两侧机翼下方,机翼前缘形成进气口的上唇。这是一个简单的固定几何形状二波系进气口,把进气口布置在机翼下方而不是机身两侧的优点是可以取消附面层隔板设计,只使用多孔面板就行吸除机翼下表面形成的薄附面层,再从机翼上方排出。吸入式辅助进气门设置在发动机舱顶部,用于在起飞或低速飞行时向发动机提供额外空气。进气道不仅向上弯曲,还向内弯曲,对于入射雷达波完全屏蔽了发动机压气机正面。

  因此,YF-23的进气口不是作为一个独立的结构悬挂在机身下面,而是成为了机身的一部分,被融入隐身外形中。鉴于YF-23在高速试飞期间并没有暴露出YF119和YF120发动机在整体稳定性上的任何问题,可以判断其进气系统运作良好。甚至进气系统甚至帮助YF-23获得高于YF-22的超巡表现。

  直到多年之后,洛克希德才拿出了能与YF-23媲美的无附面层隔道(DSI)进气口,通过一个压缩鼓包来分离附面层来取消附面层吸除装置。如今DSI进气口已经成为F-35、歼-10C、歼-20、枭龙等战斗机的标配。