为什么苏 27 歼 10 F16 等战斗机发动机进气口没有与机身融合？ 第1页

先上主题：进气道和机身没有融合而是隔开一段距离(甚至还有隔板)，主要目的是为了去除附面层。

下面分段来讲讲涉及到的原理，和进气道附面层控制方法的发展历程。

一、什么是附面层？

二、通过气动布局回避附面层问题

三、附面层控制装置（苏27 歼10 F16等战斗机发动机进气口之所以没有与机身融合的原因请看这里……）

四、“与机身融合的进气道”：DSI

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一、什么是附面层？

虽然理想状态下空气是直接顺着机体和机翼等流动，但这只是在大尺度下（雷诺数较小）的情况。由于流体的粘性，实际在微观尺度下（雷诺数较大），靠近机身的部分气流会受到机身的黏滞导致越靠近机身的气流速度越慢，存在了一个速度梯度，降低了这部分气流的能量。这一层能量较低的气流，就叫做附面层，或者边界层。

平板上的附面层状态（图片来源：西北工业大学在线精品课程：气体动力学基础）

层流附面层和紊流附面层（图片来源：NASA……看标）

平板和低速低雷诺数状态下还仅仅是近体气体流速降低能量下降，一旦超过转捩点或受到曲面扰动产生负速度梯度差，进而发生附面层分离现象，导致宏观湍流，进一步破坏气流能量。这些紊乱的低能量气流如果进入进气道输入发动机，将导致发动机进气畸变、总压恢复降低、压气机叶片失速等等，最终的结果就是轻则推力下降和喘振，重则熄火停车……

曲面上的附面层分离（图片来源：西北工业大学在线精品课程：气体动力学基础）

附面层分离的极端情况：球体尾流现象，又称卡门涡街（图片来源同上）

想想发动机吃这么些丸子进去……

此时就需要所谓的附面层/边界层控制装置，来防止机体表面的附面层紊流进入发动机，或者说是为了给发动机提供干净的进气气流改善工况。为此除了比较容易看见的隔板以外通常还有吸除系统等多种设备来消除附面层影响。

二、通过气动布局回避附面层问题

最早的喷气式战斗机……嗯，就是德国Me-262啊英国“流星”啊什么的，发动机推力太挫，两台才能把飞机推上天，直接采取翼吊发动机短舱布局，一边儿吊一个，进气口直接对着压气机，自然没有什么附面层问题了……

梅塞施密特 Me-262 “雨燕”（图片来源：Wikipedia）

翼吊发动机短舱布局。史上第一架实战Jet Fighter，大德意志科技力世界第一！

后来发动机推力大了，直接一台就能搞定，两边进气有附面层问题不稳定，那就直接从机头一整根进气道通到发动机，驾驶舱直接骑进气道（甚至发动机）上……形状规则的进气道里的气流就好控制多了，发动机也可以方便地匹配，因此机头进气布局也不用怎么考虑附面层处理问题~

雅克福列夫 Yak-15（图片来源：Wikipedia）

直接把活塞的Yak-3的机身前段塞个涡喷发动机问你服不服……类似的还有MiG-9。当然，刨掉毛子的脑洞，这种布局的滥觞其实来自于二战德意志黑科技——福克沃尔夫Ta-183……

福克沃尔夫 Ta-183的风洞模型（图片来源：Wikipedia）

其实这个设计比毛子的粗暴风格还更进化一些，Ta-183的设计师库尔特·谭克战后出走阿根廷，基于Ta-183原型发展出了FMA IAe 33 “箭-2” (Pulqui II)战斗机，也算是德意志黑科技里不多的修成正果的。

类似布局的早期喷气战斗机还有瑞典的萨博Saab 29“飞桶”……所谓只有起错的名字没有叫错的外号，由于机如其名形状过于蠢萌不忍直视，有劳各位看官自己百度图片……后面的一代经典MiG-15布局也发源于这种布局。

朝鲜冤家：北美 F-86 “佩刀” vs 米格 MiG-15（图片来源：空军之翼，《铁翼沧桑——固定翼军用作战飞机发展历程》 by 方方）

两者都是机头进气，在Ta-183布局基础上延长进气道加长后机身，气动布局更加均衡。

机头进气布局的典型飞机还包括F-100"超佩刀“，米格-17/19/21/歼7，苏-7/17/22（毛子最喜欢这种进气方式了……从最早的雅克15/米格9开始），英国的英国电气“闪电”，等等，也算是蓝天中的一代风光。

三、附面层控制装置
发动机马力越来越大，飞机越飞越快，更重要的问题是机头要开始装雷达了……进气道能想办法，雷达不能将就啊，进气道就只能滚到后面去给雷达腾位置。于是靠机头进气回避附面层问题的办法行不通，只能认真处理附面层了。最简单的想法就是：附面层也是有厚度的嘛！我直接把进气道歪出来伸到机身附面层外面，保证飞得最快的时候机身附面层也影响不到进气口不就行了~

诺斯罗普 F-89 “蝎子”全天候截击机（图片来源：Wikipedia）

因为要求全天候截击，机头得装雷达，进气道就只能挂边上了……进气道和机身之间的那条缝隙，就叫做“附面层隔道”——于是题主提出的“不和机身融合的进气道“就这么愉快地出现了。和增加的那点阻力比起来，还是能让发动机正常转起来更重要不是，其实更大的问题在于多了层结构重量也上去了……

当然了，主要用来对付慢腾腾的轰炸机的截击机可以这么干，战斗机的话一点阻力也是要扣的——觉得直接把管子伸出去阻力大的话，觉得还是把进气道贴着贴着机身好，那就和上面思路一样，不能直接伸管子就拿个板子把附面层隔一下就好了~于是就有了附面层隔板这个东东：

洛克希德P-80A-1 “流星(Shooting Star)”（图片来源：Wikipedia）

这是一架最初生产批次的P-80。然而在试飞中发现附面层导致的发动机工作不稳定问题之后，凯利·约翰逊——是的，就是臭鼬工厂的创始人——给投入量产的飞机加上了附面层隔板，也就是下面这个样子

洛克希德P-80C “流星”（图片来源：Wikipedia）

明显可以看到，进气道里面多了层东西，以及不那么明显地可以看到进气道上方有一点阴影——那就是被隔离的附面层气流的泄放口。

同期类似采用这种方式的飞机还有美国海军的F2H“女妖”、英国霍克的“猎人”等等。

霍克 “猎人”（图片来源：Wikipedia）

可以看到进气道里很隐蔽的附面层隔板，不仔细找还真不容易看到。

航空格言，更快更高更强……好像有哪儿不对，反正飞机的速度继续越来越快，查克·耶格尔一声巨响，给人类带来了超音速。超音速飞行时，进气道需要通过一系列斜激波和正激波对来流进行压缩减速，速度降低到亚音速以后，才能输入发动机压气机。

皮托式进气道与正激波（图片来源：西北工业大学在线精品课程：气体动力学基础）

简单的皮托式进气道就是直接对着来流的一根管子，只有一道正激波减速，阻力较大，一般适用于Ma1.7以下速度

超音速多波系进气道的激波系（图片来源：同上）

多波系进气道通过斜板或激波锥产生入口斜激波，配合进气道内形状产生的多道压缩斜激波逐步降低来流速度，并且可以配合进气道里的可调节激波锥、激波斜板等活动部件调节激波系，适应不同速度来流，阻力小而效率较高，适应速度范围宽。

如上所述，要产生第一道斜激波需要在前面有一个激波发生器，正好就把进气道挨着机身的一边往前伸伸，一边隔附面层一边起激波预压缩作用……所以我们看到超音速战斗机的进气道的一边儿会伸出来个东西，比早期战斗机藏在进气道里的隔板更显眼了：

康维尔 F-106 “三角标枪”截击机（图片来源：Wikipedia）

作为一款高空高速的截击机，采用侧面矩形进气道，通过简单的附面层隔版来处理附面层，并产生斜激波

当然如果是采用圆形（包括半圆，1/4圆等）进气道，通常采用激波锥来发生斜激波，于是就成了“隔离式进气道+激波锥”的组合，没有附面层隔板了：

达索 幻影2000 战斗机（图片来源：Wikipedia）

采用半圆进气道+激波锥的组合，附面层通过进气道和机身间的隔道排除。类似的带激波锥圆形进气道还可以在幻影家族的各个型号，以及米帝的F-111上找到。

然而伸出太长的激波锥和进气道斜板本身也会有附面层问题——当然，作为规则设计的进气道装置处理起来比机身容易多了。最直接的办法：通过某种附面层吸除装置，把组成附面层的低能量气流直接吸走，剩下高能量的气流，附面层问题就解决了嘛~计划通√

so……

米高扬·格列维奇 MiG-23（图片来源：空军之翼，《18式——米格-23在中国》by 木刀）

从这架北京小汤山航空博物馆藏品，从埃及弄回来的米格-23MS的进气道上，可以看到附面层隔板上密密麻麻的附面层吸除孔。附面层隔板可以活动，以在不同速度下产生适合进气道的斜激波。而这架米格-23弄进来以后，直接成果之一就是——我们的空中蔡国庆，啊不美男子，J-8II歼击机，进气道结构几乎一模一样……

沈阳 J-8II “飞の美男” 的进气口（图片来源：同上）

把进气道摆平了就是题主要的J-10A的进气道了——

成都 J-10（图片来源：百度……）

可见前伸的附面层隔板内段的阴影——也就是附面层吸除装置的小孔。

题主钦点的F-16——采用皮托管进气道，因为本来也没谁指望这货去飞2马赫……

通用电气 F-16“隼”（图片来源：同上……）

5个副油箱大概是转场构型吧……所谓皮托管就是根平头管子——没有什么特别的激波系设计（机身可以起一定的预压缩作用），所以也没有突出的隔板，和什么劳什子吸除装置，一条隔道搞定附面层简单省事儿。

以及苏-27……

苏霍伊 Su-27（图片来源：百度……）

感谢巴伦支海上被切成懵逼的挪威P-3机组，为我们带来了苏-27P的第一批照片——其中就包括边条翼下的矩形可调多波系超音速进气道，可见上方的附面层隔板/激波发生器，以及挂得满满的R-27导弹……

当然，也有进气道隔道和激波生成器分别设计的，比如：

格鲁曼 F-14“雄猫”（图片来源：Wikipedia）

来猫党们让我看到你们的手！VG翼翼套前端的平头构成了激波发生器，侧面斜线过渡的侧板起到了隔离附面层的作用。F-15、米格-25/31的进气道设计也类似于此。

隔板派的巅峰之作，大概就是F-22“猛禽”和F-18E/F“超虫”，啊不，“超级大黄蜂”上的加莱特进气道了：

洛克希德·马丁 F-22 “猛禽”（图片来源：Wikipedia）

加莱特进气道采用双斜切进气道唇口和尖脊截面造型，具备乘波特性，可以在二维面上产生激波，超越了传统的平面和圆锥激波结构，加大了适应范围，从而以固定进气道满足较宽速度范围内的进气需求（虽然还是比不上可调进气道的性能），相对减轻了结构重量，降低了复杂性，其附面层控制仍然靠进气道与机身之间的空隙形成的隔道排出。

四、“与机身融合的进气道”：DSI

通过附面层隔道装置来处理附面层固然十分有效，但是这套结构以及超音速进气道的一系列波系调节机构的重量可着实不轻，隔道这种复杂形状的反射腔体还是雷达反射重灾区，造成RCS飙升严重影响隐身性——飞机设计师早就看这东西哪儿哪儿都不顺眼，打心底里欲除之而后快了！

如果要通过隔道以外的其他方式来去除附面层，一个可能的手段就是，继续加强之前提到的附面层吸除能力，直到把附面层全部吸掉。这方面的实践者是米帝黑科技：诺斯罗普YF-23

诺斯罗普 YF-23 “黑寡妇II”（图片来源：空军之翼，《1991：败者为王》 by 方方）

也算是一种“与机身融合的进气道”吧，巨大面积的吸除孔区通过翼面上表面的低压将附面层吸除，并且速度越快吸除效果越好——YF-23号称能飞到Ma 1.8超巡——唯一的问题可能是会导致一些升力上的损失？然而这项设计并没有在接下来的任何型号中再次出现……希望有高人解答下这种吸除方案的问题。

除了吸除方法以外，另一个消除附面层的方式是通过气动力来消除附面层，也就是我们今天所知道的DSI（Diverterless Supersonic Inlet，无附面层隔道超音速进气道），或者说“蚌”式进气道了。

其实这个思路诞生的挺早的，让我们重新穿越到那战火纷飞的二战年代……（是的……就是这么早）来看看自从喷火和蚊子以后就不知道怎么造“漂亮的飞机”的约翰牛：

德·哈维兰 “吸血鬼” 原型机 DH.100（图片来源：空军之翼，《德哈维兰双尾撑战斗机小传——“吸血鬼”的诞生》By Amstrong）

首飞时间1944年3月，注意到翼根进气道前方的迷♂之♂凸♂起……

德·哈维兰 “吸血鬼” 进气道特写（图片来源：同上）

虽然英国的离心式喷气发动机技术在当年一枝独秀，能够单发推战斗机上天，但是过大的进气损失还是让早期发动机遭不住。为此德哈维兰的设计师采用了双尾撑布局——中间的短机身座舱后面直接就是发动机，尾翼靠尾撑连接提供配平和控制力矩，进气从两侧翼根开进气口，尽量缩短进气道长度……然后，为了解决附面层问题——在进气口前面加了个凸起，把机身附面层导向上下方向。

超越时代的前瞻性有木有！然而并没有什么卵用……没有高度发展的流体动力学支持，基于直觉和经验设计的简单凸起能够把机身附面层导向上下，却没法解决横向溢出到进气道的附面层分离气流，更别说这个凸起自己也会产生附面层分离了——不过话说回来，早期的发动机糙得很，把主要的附面层能排除点也差不多了，德哈维兰的设计师能够在那个年代就想到附面层问题已经难能可贵了，不能要求太多……（采用类似的附面层控制技术的还有米帝F9F黑豹系列舰载机的后期型号）

于是在接下来的几十年中，各国设计师们都醉心于机头进气和附面层隔版之类的奇技淫巧，附面层气动去除技术埋名深山默默修炼，只待有一天出来闪瞎全世界的狗眼……

基于流体动力学和计算机仿真的进步，计算流体力学——CFD的登场提升了气动设计师们的分析能力。以往只能基于平面或圆锥的流场分析，现在可以升级到在3D条件下进行模拟和设计了~

洛克希德·马丁 F-35 “闪电 II”的进气道CFD模拟（图片来源：百度……基本说到DSI都会有这么张图233）

三维化的流场设计，使得形状适当的鼓包可以使来流在进气道前方形成高压区，将附面层吹除到进气道唇口两侧之外；同时鼓包同样可以起到产生预压缩激波的作用，取代了传统的激波锥或唇口板。

洛马在1990年代早期就开始了DSI进气道的研究，并于1996年在F-16上进行了改装试飞：

F-16DSI改装测试机（图片来源：百度）

试飞一直飞到1.5马赫，疗效各种良好，幸福感满满的洛马迅速将这个设计纳入了自己的JSF方案——X-35/F-35中。哪知F-35还没来得及上天，米帝就发现对岸的某只腹黑兔也掌握核心科技了……

成都 [划掉]歼7魔改[划掉结束]FC-1“枭龙” 04架原型机（图片来源：空军之翼，《南亚枭龙——巴基斯坦的FC-1/JF-17战斗机》By 晨枫）

2006年4月，枭龙04首飞成功，进气道由之前原型机的隔板式改为DSI，勇夺量产型DSI进气道战斗机首飞桂冠，07年枭龙量产机下线，洛马进排气工程师哭晕在厕所……

然而这还只是个开始，接下来的几年中DSI进气道以肉眼可见的速度在东亚某国白菜化：

上到高大上的蓉城飞行机制作所诚意出品之威力巨大の大东亚决战兵器之二十式次世代匿踪战——

成都 J-20“威龙”（图片来源：Wikipedia，水表门外，快递自提，谢绝喝茶……）

下到真·歼7再改教练机——

贵飞 JL-9改（海军型？）（图片来源：空军之翼，《锲而不舍，细看“贵飞”研“山鹰”》 By 青峰奕柯）

DSI进气道遍地开花，不知道下一架花落谁家。

讲到现在，应该能回答，为什么有些飞机的进气道没有与机身融合，而有些飞机又是融合了的问题了。不过，DSI进气道虽然具有结构简单没有动作机构，降低了结构重量提高了可靠性和维修性，外形光顺提高隐身性能等等的优势，但是由于是固定式进气道，因而缺乏调节能力，通常只能对某一速度范围进行优化，对高速或低速速段支持不足。

以后也许会出现更先进的进气道技术满足更苛刻的指标要求，也未可知；飞机进气道在未来还能有什么新的花样，我们可以拭目以待。

< END >

P.S. 入乎以来首个长答，一天多了百八十赞还是有点吓到……深感惶恐，只是做了点微小的工作，谢谢大家……

非气动专业，只能尽自己所能说的详细点……有专业人士看到的话欢迎指正。

-------- Updated --------

20160502 根据

的指正，修订了P-80的进气方式的问题——很多早期喷气机已经注意到了附面层的影响