小小鼓包乾坤大--中美俄五代机进气道设计的类型之争

关于DSI和CARET进气道孰优孰劣是一个经典的争论，这源于当今世界五代机中F35和J20采用了DSI进气道，而F22和Su57则采用了CARET进气道。这里面有着不为吃瓜群众所知的恩怨情仇。

本文主要资料来自于奠定J-20气动布局基础的《小展弦比》一文，由宋文骢老先生所著。并参考了网络上的相关信息。

CARET进气道学名是“双斜切乘波进气道”或“斜切二元进气道”。这种进气道是在高速乘波飞行理论的启发下提出的，利用了超音速激波增压原理，机翼下方会产生一道从前缘开始的斜激波，气流在经过这道斜激波后会形成一个压力均匀的高压区。在此基础上，沿波面进行进气道进口设计，可以让高速气流经过波面的减速增压后仍是均匀的，所以进气道就不需要安装复杂的进气调节系统。

DSI进气道学名是“无附面层隔板超音速进气道”。它采用了一个鼓包来模拟进气道中的一，二级可调斜板，必须与前掠式唇口配合才能起作用。DSI在飞行中主要起两个作用：一是起到附面层隔板的作用，因为前缘唇口改变了进气口附近的压力分布，中央压力高，两侧压力低，与机身连接处最低。当附面层流流经鼓包时，其流向开始被偏转，最终被挤出进气口。二是对空气进行预压缩，起到其它超音速进气道里压缩斜板的作用，从而提高进气道高速状态下的效率，减小了迎风阻力。由于没有附面层隔板和压缩斜板，所以整个DSI进气道没有机械装置，活动部件少，结构重量大大减轻，有利于飞机减重。最重要的是DSI进气道可以有效改善飞机的隐身性能，突出的鼓包可以遮蔽发动机，而且有利于进气道-机身一体化设计，这点从F35和J20两款隐身战机都采用了DSI进气道便可见一斑。但DSI 据说最优范围较窄，不适合兼顾超巡和高机动的要求。

然而，牛逼的天朝据说已经解决了最优范围较窄的问题，歼20上使用DSI并不影响超音速巡航--我选择相信。

实际上，在中国五代机进气道选择上，CARET和DSI都有考虑过，中国隐身技术先驱李天带领的团队就研发了DSI和CARET两种进气道。至于J-20为什么不用CARET进气道呢？因为J-20是两侧进气道设计，CARET进气道和机腹进气相匹配，两侧进气道不利于CARET进气道的设计。DSI进气道最大的优势就是结构简单重量轻，在进气效率上不及CARET的。但是最后在飞机上表现出的性能则视情况而定，因为飞机设计是一个系统性的工程。

从几何形状而论，DSI进气道的主要构成是曲面，比起CARET，其对雷达波的反射以漫反射为主，而CARET则以镜面反射为主。尽管如此，在隐身性能方面，CARET拟或DSI，其相比其他类型的进气道，都更利于隐身。

好吧，如果非要比一比隐身性能，F-35和J-20的DSI进气道比苏57和F-22的加莱特进气道要差。这是定论不容推翻！

F22的CARET技术

再次强调，飞机设计是一个系统工程，不同的飞机有着不同的追求，没有可以包打天下的无敌技术，在不同的条件下其隐身性能也各有优缺。

那我们的J-20为什么不用加莱特进气道？

加莱特进气道的外形虽然简单但是设计指标要求太高，需要整改进气道前部的机身设计完全配合。目前真正使用加莱特进气道的军用飞机有三种F-18E、F-22、苏-57。F-18E能够使用加莱特进气道是一个巧合。是由于F-18本身早期设计的先天优势。而从头设计使用加莱特进气道的F-22和苏-57 都是为了使用加莱特进气道在机身上做了大量改进。

FA18大黄蜂

普京认为天下无敌的苏57，呵呵

不是所有的牛奶都叫特仑苏，也不是所有的矩形进气道都叫加莱特。

在战斗机超音速飞行的时候会形成激波，这种激波不是突破音障的一瞬间产生后就没有了而是在整个超音速飞行的时候都存在的。加莱特进气道的外部设计特性就是将激波兜在进气道内使进气道内的气压增压以提供更高的发动机效率。而加莱特的可变截面在于通过挡板使激波更加受控，以配合发动机的进气量需求。

DSI 是一个相当折中的设计。目前主流的DSI都放在了轻型战斗机上，例如F-16的DSI验证，J-10的DSI改型以及F-35的DSI进气道。DSI的优势是轻没有配合的动作机构。因此过于计较斤两的轻型战斗机采用DSI的方案更多一些。我们的J-20采用DSI设计，只能说明目前我们的航空工业设计还不那么完美。

在某些状况下DSI进气道很难做到兜住激波的要求，因此我们看到的F-35和J-20的进气道外缘都是向前突出的。这是配合DSI的“无奈之举”。

J20和F22都是重型机，F35应归于轻型机一类，从这也可以看出一些端倪。

洛·马的工程师在 1990 年代早期就开始研究传统超音速进气道概念的替代方案。他们试图取消和附面层控制有关的复杂机构：附面层隔离板、放气系统、旁通系统。通过取消这些机构，设计人员可以从飞机上减轻大约 300 磅的重量。最后的研究结果就是如今的 DSI，或叫做鼓包式进气道。在 DSI 上已经去掉了附面层隔离板，进气口也整合到前机身设计中。在进气口前设计有一个三维的表面（鼓包）。这个鼓包的功能是作为一个压缩面，同时增大压力分布以将附面层空气“推离”进气道。进气道整流罩唇口的设计特点使得主要的附面层气流可以溢出流向后机身。整个 DSI 没有可动部件，没有附面层隔离板，也没有放气系统或旁通系统。换句话说，DSI 实际是针对常规进气道的进气口部分进行的改进。精心设计的三维压缩面配合进气口，不仅可以完成传统附面层隔道的功能，还可以提供气流预压缩，从而提高进气道高速状态下的效率，并减小阻力。随着进气道调节系统的取消，重量自然减轻。而对于未来作战飞机更重要的一点是，取消了附面层隔道以及压缩斜板等部件后，飞机的 RCS 可能大幅减小，这显然有利于提高飞机的隐身能力——F-22 的进气道仍具有传统的附面层隔道，设计时免不了大费周章；而其采用固定式进气道，考虑的因素中，隐身要求占了相当一部分。F-22 不光采用了弯曲的进气道（但弯曲程度不及 B-2），还采用了介于机侧和翼下进气口之间的所谓 Caret 进气口。这个 Caret 进气口不光在水平和垂直方向同时向后斜切一刀，还将矩形的进气道截面扭转成斜菱形的，避免了侧面的直立平面。Caret 进气口在垂直方向的向后斜切一刀可以和 F-15 的楔形进气口相比，在大迎角时具有将迎风气流兜住的作用，有利于发动机稳定供气。在水平方向向后斜切一刀则避免了唇部和前进方向成直角。然而，这样复合地斜切，加上进气道侧面和菱形机头的折边相当于边条，对进气口的气流场设计和整个飞机的气动设计要求很高，弄不好要弄巧成拙。Caret 进气口整个侧悬于机身，和机身的空隙正好作为边界层的泄流道，在机翼上表面开口泄放。取消的 A-12 攻击机的进气口也属于 Caret 进气口，当然 A-12 没有超巡的要求。

F-22 代价之高昂，连财大气粗的美国都感到承受不起，于是作为高低搭配中低端的 F-35 应运而生。F-35 的隐身和机动性要求都比 F-22 放松不少，超巡要求索性放弃，所以飞机的设计也相应简单。F-35 采用了先进的 DSI 进气口（意为无分离板超音速进气口，Diverterless Supersonic Intake），巧妙地采用一个复杂形状的鼓包，将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二，引向进气口两侧的边角泄放，而不影响主要的“干净”气流层稳定地进入发动机。这样，DSI 避免了边界层分离板，避免了前向隐身的一大隐患。机侧进气和单发也自然地保证了 Y 形弯曲进气道的要求。DSI 进气口在进气口的局部设计比较复杂，但对整机的影响没有 Caret 进气口或 YF-23 那样的吸气式边界层分离来得大。但 DSI 据说最优范围较窄，不适合兼顾超巡和高机动的要求。

这里可以清楚地看到 F-35 的 DSI 进气口，边界层被鼓包从中间“破开”，被迫向鼓包的两侧分开，最后从后缩的进气口唇口和机身连接处泄放。

这是 F-35A 型战斗机的缩比仿真模型，从这个角度，我们可以很清楚地看到位于 F-35 战斗机鼻下方形状独特的光电跟踪系统（EOTS）和外形经过优化的 DSI 进气道，当然我们也可以看到飞机进气道上狭窄的边条。

总之，洛·马开发了一种革命性的发动机进气道概念，具有出色的气动性能，并取消了传统超音速进气道上的复杂结构，降低了生产和使用费用。DSI 是固定几何形状进气道，取消了附面层隔道、放气系统和旁通系统，减少了 300 磅的结构重量，每架飞机节省了 50 万美元的生产费用。在所有速度范围包括高超音速条件下，DSI 都具有出色的性能，而在机动条件下，DSI 仍然非常可靠。在过去的 10 年里，这项技术从酝酿走向成熟，其低风险已经被 F-35 所确认。

中国人来了

DSI技术被中国人所认识和应用，一下就变成了白菜，而且，据说一并攻克了 DSI的最优范围较窄的痼疾问题。自J10B验证之后，被广泛应用于各型军机。狂魔的称呼可并不是白给的。

当今世界的五代机中，F-22采用了CARET进气模式，而歼-20、F-35采用了DSI进气模式。

苏-57进气模式一通到底，是直的，其隐身性能我们不做评论。

三哥的隐身机，一个甲子前就说试飞成功了，你看见了么？请把三哥的新闻放在娱乐版。

当然，隐身性能必须建立在速度这个大前提下，不同的速度模式下，不同的进气模式隐身效果是不一样的。从目前的情况看，DSI进气模式是在常规基础上对进气口的一种改进，这在我们的歼-10系列和美国的F-16、F-35上都能看到，从使用上来看，至少在高亚音速时已经表现出较好的隐身性能，这一点我们国家研究的还是恨透的，但据说超巡和高机动时隐身略差一点。而CARET进气模式除了在美国的F-22上使用，也同样在F-18战机上使用。据悉，CARET进气模式在超巡和高机动时隐身效果更佳。

看着挺简单，你就是做不出来，这就是技术。

一个小小的DSI进气道，就要耗费巨大的资源和财力，更何况一整架战斗机。这也可以看出中国在军工科技上面的投入和努力。

此处应该有掌声。

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