超聲速進氣道是指：用於超聲速飛機或飛行馬赫數大於1.6到1.7的超聲速飛機上，噴氣由飛機上的進口（或發動機短艙進口）至發動機進口所經過的一段管道。當超聲速飛機的設計飛行馬赫數較大時，如果仍然使用亞聲速進氣道會存在很強的脫體弓形激波，總壓恢復係數很低，發動機的推力損失嚴重。為避免大飛行馬赫數下的發動機推力嚴重損失，通常採用超聲速進氣道。
基本介紹
- 中文名：超聲速進氣道
- 外文名：Supersonic inlet
- 學科：航空工程
- 領域：部件設計
- 套用：超聲速飛機
簡介,超聲速進氣道特點,超聲速進氣道分類,進氣道比較,
簡介
超聲速進氣道是指：用於超聲速飛機或飛行馬赫數大於1.6到1.7的超聲速飛機上，噴氣由飛機上的進口（或發動機短艙進口）至發動機進口所經過的一段管道。當超聲速飛機的設計飛行馬赫數較大時，如果仍然使用亞聲速進氣道會存在很強的脫體弓形激波，總壓恢復係數很低，發動機的推力損失嚴重。為避免大飛行馬赫數下的發動機推力嚴重損失，通常採用超聲速進氣道。
超聲速進氣道特點
雖然原則上，亞聲速進氣道設計時所考慮的許多問題同樣也適合於超聲速進氣道，但由於下列因素使得在超聲速進氣道的設計和使用中所遇到的問題更為複雜。
1.寬廣的飛行馬赫數範圍
高空最大飛行馬赫數一般選為進氣道的設計點。在設計點上，進氣道的總壓恢復係數、阻力係數都應給予特別的重視，以保證飛機能達到預期的設計速度。而同時又要考慮低速飛行和作戰區域大攻角和側滑角時可能產生的進氣道出口流場畸變，發動機必須能夠承受這種畸變。
2.進氣道的穩定工作要求
在大馬赫數飛行條件下，為使高速氣流減速到發動機進口的要求，設計進氣道時必須精心地組織激波波系。同時還要考慮在預期的整個飛機/發動機工作區域內，進氣道都能穩定地工作，不出現喘振和癢振。
3.進氣道的“二次”流量
從進氣道進口通過的空氣品質流量，除了絕大部分供給發動機之外，還可能有若干不同用途的“二次”流量需求，例如發動機周圍和尾噴管的冷卻、電子設備的冷卻、進氣道中心體上的附面層吸除等，這些都可能對進氣道氣流的損失、均勻性和發動機內流的穩定性產生嚴重的影響。
超聲速進氣道分類
根據設計狀態下超聲速氣流滯止過程的特點，超聲速進氣道可分為外壓式、內壓式和混壓式三種。外壓式進氣道是在進口之前將超聲速氣流滯止到亞聲速；內壓式進氣道是超聲速氣流的減速擴壓過程完全在進口中進行；混壓式進氣道是超聲速氣流部分在進口之外減速擴壓，部分在進口之內減速擴壓；
1.外壓式進氣道
外壓式進氣道由中心體和外罩組成。在設計狀態下，超聲速氣流經過中心體上產生的斜激波減速，但仍為超聲速，然後經過位於進氣道進口的正激波減速為亞聲速。
外壓式進氣道的波系一般由幾道斜激波和一道結尾正激波組成。根據氣體動力學可知，在飛行馬赫數一定時，每個波系的總壓恢復係數存在最大值。右圖表示激波系的最大總壓恢復係數隨飛行馬赫數的變化關係。由圖可見，在一定的飛行馬赫數下，波系的激波數目越多，總壓恢復係數越高。理論上，當激波數目趨於無窮大時，便可實現超聲速氣流的等嫡滯止減速過程，這時壓縮表面的形狀是連續平滑的。但實際上，激波的數目受進氣道外罩上激波脫體的限制。因為，激波數目越多，氣流的轉折角越大，相應的外罩前緣的角度也越大，致使其激波脫體。
2.內壓式進氣道
在設計狀態下，超聲速來流完全在進氣道的收縮—擴張管道中減速並變成亞聲速。設計狀態下的理想流動，理想的超聲速內壓式進氣道是一個具有特殊形面的先收斂後擴張的管道。特殊的形面保證超聲速氣流在管道的收斂段經過一系列的弱壓縮波等嫡的減速增壓，至喉部截面處達到聲速，而後在擴張段中經過等嫡的減速增壓變成亞聲速，氣流的參數連續地變化，沒有總壓損失。
3.混壓式進氣道
混壓式進氣道的特點是超聲速氣流在進氣道進口前壓縮後仍然是超聲速的，然後在管道內繼續壓縮，通過喉部或擴張段中的正激波變為亞聲速。顯然這種進氣道兼有外壓式和內壓式進氣道的部分特點。混壓式進氣道比外壓式進氣道的阻力小，由於其內壓式部分的進口馬赫數低，緩和了起動問題。
進氣道比較
(1)三種進氣道的波系相同，因此波系的總壓恢復係數相同。
(2)外壓式進氣道的氣流轉彎程度最大，外罩外壁的傾角最大，所以阻力較大；由於氣流的折轉程度較大，所以管道內的總壓損失也較大。
(3)內管道進口的馬赫數越大，因而起動問題相對越困難；但氣流的內壓縮程度增加，進氣道的最大高度減小，使阻力和結構重量減小。
(4)與外壓式相比，混壓式進氣道結尾正激波前的壓縮表面較長，壓縮面附面層厚，且有部分波位於進氣道內，發生激波反射，並與附面層相互干擾，對總壓恢復係數和出口流場畸變有不利的影響。但與內壓式進氣道相比，混壓式進氣道減小了管道進口馬赫數，大大地緩和了起動問題。為了波系穩定，混壓式進氣道必須有一套控制機構，增加了控制的複雜性，也增加了進氣道的重量，只有在飛行馬赫數較高的飛機上使用才能顯示其優越性。美國SR-71高空高速偵察機和XB-70轟炸機上使用了這類進氣道。
