DSI进气道的核心优点是重量轻、RCS反射面积小。
现代的喷气式发动机在工作时是需要压气机对空气进行压缩的,压气机对进口空气流的速度、流场均匀度、流量都是有严格需求的,一旦进口的空气流场条件不达标轻则性能下降,严重的直接熄火。
所以战机就需要有个装置把外部的气流梳理调节到发动机能用,这个装置就是进气道。早期的战机采用的是固定式进气道,通过进气道本身的形状设计来起到把高速气流降速增压的效果,但是固定式进气道局限性很大,固定式进气道一旦形状设计好性能就不会变了,所以它的调节效果就只有在设计时考虑好的条件下才比较好,在其他设计时无法覆盖的范围效果就不好。
为了解决这个矛盾,就出现了可调式进气道,通过设计进气道的外形或者加一些附件降低超音速气流的速度,再在进气道内增加一些挡板、放气门、开口等进一步调节流速和流量,这样就可以解决在不同速度段、不同俯仰角的情况下进气气流和发动机需求匹配的问题。多数的现代战机都是采用可调进气道,像是F15、侧卫家族、EF2000、阵风等等。
我们知道空气是一种流体,它是具有一定粘度的,空气在和机身接触的位置附近流速是很慢的而且流向也是紊乱的,这部分气流叫附面气流,当飞行速度很快的时候这部分慢而紊乱的气流就和进气气流速度差异过大,如果让这部分气流进入进气道会导致进气道内气流紊乱,让发动机熄火。所以一般的处理方式是不把进气口开在紧贴机身的位置,因为附面气流是紧贴机身的,进气口和机身之间有间隔附面气流就会从间隔处流过而不会进入进气道,这个位置就叫附面层隔板。
网上找的图,画红圈的就是附面层隔板。
可调式进气道就调节进气气流的性能来说是很好的,但本身并不是完美无缺,其中有两个缺点十分致命,其一就是太重,又是隔板又是运动机构的死重太大,其二附面层隔板处雷达反射面积太大。
雷达反射面积这个问题倒不是特别致命,因为可以通过一些手段处理来减轻起影响,另外低可探测不是不可探测,只要处理得当是不影响整机性能的。重量大这个问题是无法解决的,相比固定式进气道可调式的无论如何都更重。所以其实理论上来说设计出一个能覆盖各个速度段俯仰角时的进气情况的固定式进气道就能兼顾重量轻和性能好两个方面了。
DSI进气道就是这样一种结构,从原理上说它就是一种固定式进气道,因为没有活动部件当然就更轻,因为在进气道前采用了鼓包式的设计,附面气流会在鼓包处分离出机身,自然就不需要附面层隔板,雷达反射面积也更小,DSI进气道的优势是天生的。
我们之前也说过固定式进气道的局限性,它的形状设计好了性能就固定了,要达到和可调式进气道相同的性能就要求在设计时就考虑到所有情况。所以那个鼓包的形状就很重要,在不同速度不同俯仰角下这个形状必须要要“恰好”的让气流变成符合发动机需求的样子,其难度可想而知。
所以想要设计好DSI进气道就需要很高的门槛,首先就是超音速风洞,这方面是前沿学科,没有什么经验可供参考,一切都靠摸索,所以实践就很重要,通过不停的吹风洞收集数据,然后整理出经验公式,再去指导设计,然后在来吹风洞验证,必须要这样反复实践才能设计出性能优秀的DSI进气道。
另外就是要有足够优秀的超级计算机,设计DSI这事本质上说就是做流体力学模型的分析,计算力够大优化才能更好。
最后DSI这个鼓包设计的足够好也要制造的足够优秀才能发挥性能,这还需要有足够的制造工艺来加工这个鼓包。
设计出一款好的DSI进气道需要同时具有超音速风洞、超音速气流流体力学分析能力(90年代计算机技术发展之后才有的)、足够的时间、足够的钱。能达到这要求的真的没有几个国家,别的不说90年代之后还有足够的钱研究战斗机的国家就没几个,我们感觉还挺新锐的F22在1986年原型机就首飞了,那时候的计算机技术水平还不足以支撑DSI进气道的分析工作,F35最近陆陆续续服役,原型机1996年首飞,算是赶上了好时候,别的国家像是欧洲国家和俄罗斯的一堆侧卫都是80年代设计定型的飞机,Su57倒是立项晚赶上了好时候,但是一直苦于没钱和赶进度,根本不可能等DSI进气道这种慢工出细活的东西。
不过DSI进气道虽然优点突出,但别忘了它毕竟是一款固定式进气道,在不同速度段俯仰角的时候对气流调节的需求可能本身就是矛盾的,形状不变的DSI理论上只能做到最不坏,但不能做到最好,可调式进气道理论上可以做到最好,所以从这方面来说DSI进气道没有完全超越可调式进气道,这两者之间不是替换关系,而是取舍关系。进气道设计的好坏取决于我上面说的那几个因素,超音速风洞的性能、流体力学的数据处理能力、钱和时间。