美國CCA黑馬Vectis無人機:無尾飛翼埋入式進氣道設計有何玄機?
【軍事】洛歇馬丁(Lockheed Martin,又譯洛克希德馬丁)終於姍姍來遲地推出自己的CCA,命名Vectis,臭鼬工廠出手到底不一樣,一出手就是精品。這是美國第一種無尾飛翼CCA概念戰術飛機。
與安杜里爾、通用原子甚至波音的CCA相比,洛歇馬丁的CCA明顯更加高端。引人注目的是,採用了埋入式進氣道,這是波音MQ-25之後又一個採用埋入式進氣道的無人機,但兩者還是不一樣。
Lockheed Martin推出的CCA概念Vectis無人機▼▼▼
相同的是,兩者從正前方看,完全看不到進氣口和發動機。這不僅改善了隱身,雷達波是不會轉彎的,氣流能順着埋入式進氣道流入發動機,雷達波不可能順着氣流一起流入,而是「過門而不入」。就進氣口設計而言,這是最隱身的,沒有之一。DSI也好,後掠進氣道也好,都做不到這個程度的隱身。
波音MQ-25是亞音速的,最大速度約M0.7,進氣口設計相對挑戰較小,沒有邊界層分離問題。Vectis要求達到M0.8至0.9,進氣口設計就要講究得多,需要考慮邊界層分離了。這也可以從已有的官方想像圖中看到,在進氣口上唇兩角各有泄流道。
邊界層也叫附面層,這是空氣黏性導致的機體表面氣流「堆積」和呆滯。這個現象在速度較高的時候更加嚴重,高亞音速下局部激波與邊界層的交互作用更加複雜。分離出去是必要的。
埋入式進氣道有兩個問題:
1. 確保氣流順暢進入
2. 確保邊界層分離
必須說,雷達波不會轉彎,氣流沒有一點「威脅利誘」,也不會主動轉彎。埋入式進氣道實際上是一個下坡道,換句話說,對於本來平直的流道,是一個擴張。體積增加,壓力降低,也就是說,下坡道在下方形成低壓區,把本來「過門而不入」的氣流向下吸引進來。
但這還不夠,還需要在水平方向也擴張,同樣道理,對跌落進來的下沉氣流形成側向的低壓區,形成從中向側的渦卷,帶走邊界層。這也是NACA duct(NACA埋入式進氣道)的思路,波音MQ-25用的也是類似的思路。
這對速度較低的情況使用,但速度進一步提高就不合適了。問題在於邊界層分離。
鏟形機頭的鋭利邊緣「切入」迎面氣流,圓鈍的「額頭」起類似DSI鼓包的作用,用壓力梯度將邊界層向兩側推擠。在某種程度上,這是DSI的深度發展。
但這樣的附面層分離是不徹底的。而且Vectis那樣簡單斜切的帶下坡V形槽對氣流有減速作用,自身也產生邊界層問題,因此需要將邊界層從斜面引向進氣口上唇的兩側「嘴角」,泄流道就是用於流散邊界層呆滯氣流的。
上唇略顯圓鈍,也有推擠氣流、形成局部高壓的作用,好像一道壩,一方面幫助把來流「擠壓」到下方的進氣口內,另一方面把邊界層向兩側「嘴角」推擠。上唇略微拱起,也對下表面氣流起「兜住」作用,有利於在一定迎角下依然保持進氣順暢。
現在還不能確認Vectis的埋入式進氣道已經足夠成熟,也不能排除現在公布的
想像圖是有意誤導的,已經公布的「實機模型」也不是不能搞鬼。前一階段的Vectis想像圖就是相當常規的進氣口,與B-2的相似,沒什麼離經叛道,但也僅此而已,沒有反映80年代B-2設計時代以來的進氣口設計技術的進步。
當然可以等實機公開,也可以根據現有數據先進行計算流體力學模擬和風洞試驗。如果能成熟化,這是很有潛力的方向。
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