美国CCA黑马Vectis无人机:无尾飞翼埋入式进气道设计有何玄机?

撰文: 晨枫新苑
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【军事】洛歇马丁(Lockheed Martin,又译洛克希德马丁)终于姗姗来迟地推出自己的CCA,命名Vectis,臭鼬工厂出手到底不一样,一出手就是精品。这是美国第一种无尾飞翼CCA概念战术飞机。

与安杜里尔、通用原子甚至波音的CCA相比,洛歇马丁的CCA明显更加高端。引人注目的是,采用了埋入式进气道,这是波音MQ-25之后又一个采用埋入式进气道的无人机,但两者还是不一样。

Lockheed Martin Vectis无人机。(YouTube@Lockheed Martin影片截图)

Lockheed Martin推出的CCA概念Vectis无人机▼▼▼

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相同的是,两者从正前方看,完全看不到进气口和发动机。这不仅改善了隐身,雷达波是不会转弯的,气流能顺着埋入式进气道流入发动机,雷达波不可能顺着气流一起流入,而是“过门而不入”。就进气口设计而言,这是最隐身的,没有之一。DSI也好,后掠进气道也好,都做不到这个程度的隐身。

波音MQ-25是亚音速的,最大速度约M0.7,进气口设计相对挑战较小,没有边界层分离问题。Vectis要求达到M0.8至0.9,进气口设计就要讲究得多,需要考虑边界层分离了。这也可以从已有的官方想像图中看到,在进气口上唇两角各有泄流道。

边界层也叫附面层,这是空气黏性导致的机体表面气流“堆积”和呆滞。这个现象在速度较高的时候更加严重,高亚音速下局部激波与边界层的交互作用更加复杂。分离出去是必要的。

埋入式进气道有两个问题:

1. 确保气流顺畅进入
2. 确保边界层分离

必须说,雷达波不会转弯,气流没有一点“威胁利诱”,也不会主动转弯。埋入式进气道实际上是一个下坡道,换句话说,对于本来平直的流道,是一个扩张。体积增加,压力降低,也就是说,下坡道在下方形成低压区,把本来“过门而不入”的气流向下吸引进来。

但这还不够,还需要在水平方向也扩张,同样道理,对跌落进来的下沉气流形成侧向的低压区,形成从中向侧的涡卷,带走边界层。这也是NACA duct(NACA埋入式进气道)的思路,波音MQ-25用的也是类似的思路。

波音MQ-25无人机。(美国军方图片)

这对速度较低的情况使用,但速度进一步提高就不合适了。问题在于边界层分离。

铲形机头的锐利边缘“切入”迎面气流,圆钝的“额头”起类似DSI鼓包的作用,用压力梯度将边界层向两侧推挤。在某种程度上,这是DSI的深度发展。

但这样的附面层分离是不彻底的。而且Vectis那样简单斜切的带下坡V形槽对气流有减速作用,自身也产生边界层问题,因此需要将边界层从斜面引向进气口上唇的两侧“嘴角”,泄流道就是用于流散边界层呆滞气流的。

上唇略显圆钝,也有推挤气流、形成局部高压的作用,好像一道坝,一方面帮助把来流“挤压”到下方的进气口内,另一方面把边界层向两侧“嘴角”推挤。上唇略微拱起,也对下表面气流起“兜住”作用,有利于在一定迎角下依然保持进气顺畅。

现在还不能确认Vectis的埋入式进气道已经足够成熟,也不能排除现在公布的

Lockheed Martin Vectis无人机。(YouTube@Lockheed Martin影片截图)

想像图是有意误导的,已经公布的“实机模型”也不是不能搞鬼。前一阶段的Vectis想像图就是相当常规的进气口,与B-2的相似,没什么离经叛道,但也仅此而已,没有反映80年代B-2设计时代以来的进气口设计技术的进步。

当然可以等实机公开,也可以根据现有数据先进行计算流体力学模拟和风洞试验。如果能成熟化,这是很有潜力的方向。

本文内容反映原文作者的意见,并不代表《香港01》的立场。

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