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时间:2010-10-20 23:45来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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图10.18 带加力的喷气发动机的工作温度曲线
图10.19 涡轮喷气发动机尾喷流等温线
高速飞机多使用涡轮喷气和涡轮风扇发动机。涡轮喷气发动机由进气道、压气机、燃烧
室、涡轮和尾喷管等部分组成。其中气流的压力和温度等参数,随发动机的工作状态及飞机
的飞行状态而变。当喷气发动机安装在飞机内以后,除尾喷方向以外,由于其四周设有隔热
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材料和空气冷却层,故使表面温度降低很多,随之其红外辐射发射量也大为降低,因此,尾
喷流就成了最主要的红外辐射源。
尾喷流在发动机尾喷口外面,温度迅速下降,离尾喷口越远则其温度越低。如图10.19
所示。
关于涡轮风扇发动机,由于外涵道是冷空气,对其核心发动机起冷却降温的作用,且在
推力相同的条件下,与涡轮喷气发动机相比,其尾喷流的温度和速度均较低,所以其红外辐
射特性比较好。
(二)飞机机体的热辐射
飞机以超音速飞行时,由于其机体蒙皮受到空气动力加热,温度升高,也可能产生强红
外辐射,飞行速度越高,气动加热的情况越严重,当M 数大于2 后,气动加热所引起的机体
的红外辐射,就不容忽视了。气动加热,机体驻点温度的计算公式为:
) ]
2
[1 ( 1 2
T0 TH r M

= +
γ
(10.6)
式中T0为驻点温度;TH为飞行高度的大气温度;M为飞行马赫数;r为恢复系数,层流附面层取
r=0.85,紊流附面层时取r=0.9;γ为空气的绝热指数。
把空气当作理想气体,γ近似等于1.4,则可以得到计算层流附面层和紊流附面层的内
边界温度的公式:
T = TH (1+ 0.17M) 层流 (10.7)
T = TH (1+ 0.18M) 紊流 (10.8)
飞机机体表面与附面层直接接触,通过热交换温度也随之升高。因系气动强迫加热,在
稳定的飞行状态下,很快达到热平衡温度。热平衡温度与其结构和表面蒙皮的材料特性等方
面的因素有关,略低于理论上的驻点温度。一般可近似地认为,机体上的尖顶和尖锐前缘部
位的温度等于0.9T0,而圆顶和圆钝的前缘的温度为0.7~0.8T0。
(三)飞机机体对阳光的反射
飞机机体对阳光的反射,也应该考虑,飞机多采用金属蒙皮,对红外辐射是不透明的,
其反射率与材料的特性表面状态(是否抛光或有油漆涂层等)有关。由于在不同的反射角下,
对阳光的反射,故使飞机自身的红外辐射产生变化,这也是需要加以考虑的问题。
此外,照射到飞机上的太阳光,除大部分被反射外,还有一部分被飞机所吸收,由此引
起温升,使其红外辐射增强。
根据上述的各主要红外辐射源的情况,对整个飞机来说需要进行综合的考虑。将各辐射
源的参数矢量迭加起来,构成全机的红外辐射辐射强度。
最后应该指出,飞机的红外辐射特性与其方位角有极大的关系,不同的方向上的辐射强
度的差别很大。
三、红外隐身设计的主要措施
飞机红外隐身技术是在飞机设计、制造和使用过程中,设法降低其红外辐射强度和控制
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其红外辐射特征的一种综合性的科学技术。这里从飞机总体设计的角度,讨论红外隐身的技
术途径。红外隐身设计的主要措施,概括起来主要是:
(一)降温技术
红外辐射是一种热辐射,与温度的高低直接有关。为了降温,可能采用的技术措施有:
1.选用排气温度较低的发动机
活塞式发动机以及涡轮轴和涡轮螺旋桨发动机的排气温度比较低,但只适用于低速飞机。
高速飞机,在涡轮喷气和涡轮风扇两种发动机中,如果从满足飞行性能的要求出发,采用哪
一种发动机都是可以的话,应该选用后者。例如美国的“战斧”导弹YBGM-109,其战略型采
用的是F107-WR-100 型涡轮风扇发动机,而其战术反舰型则用J402-CA-400 型涡轮喷气发动
机。这两种发动机的推力相同,尺寸相近,但排气温度却相差很多。F107-WR-100 涡轮风扇
发动机的排气温度为315℃,而J402-CA-400 涡轮喷气发动机则高达787℃。因此,从隐身的
角度来说,当然应采用前一种涡轮风扇发动机,而且其涵道比越大,对隐身越有利。
常规的战斗机采用带加力燃烧室的发动机有利,但隐身飞机则不行,开动加力时,排气
温度大幅度提高,目前的水平,加力排气温度可高达1900K,而不加力时一般只有800-900K,
而且,由于加力燃烧中气流速度高、压力和氧浓度低,燃烧条件很差,所以,燃烧不完全,
排气中未燃成分多,也将进一步使红外辐射的强度提高,对隐身十分不利。美国的隐身飞机
F-117A 和B-2 均是采用无加力式的涡轮风扇发动机。
2.对飞机的尾喷管等高温部件进行强迫冷却降温,或采用热绝缘的办法来降低外露表面
的温度。
3. 采用二元喷管和主动强化掺混技术,降低动力装置的排气温度。
飞机的排气尾焰是喷气发动机产生推力的必然产物,一般情况下温度都很高,现代的红
外制导的导弹都具有自动寻的跟随尾焰进行攻击的能力。因此,设法隐蔽尾焰就成了红外隐
身技术的关键。如何快速有效地降低排气尾焰的温度是一项很复杂的技术。利用高涵道比涡
扇发动机外涵冷空气是降温的一种有效办法,巨大的热量交换必须采取强化射流掺混的措施
来实现,美国的F-117A 隐身飞机的排气系统中,发动机的尾喷管出口不是燃气离开飞机的最
后出口,而是与按隐身要求设计的排气装置相连。其排气装置包括集气室和导流叶片等,使
发动机的排气与引射的冷空气强迫掺混,进一步降低排气温度。
4.优化飞机的外形布局和结构设计,降低其气动加热的温度。
(二)对强辐射源进行遮挡
对强辐射源进行遮挡,主要是对发动机尾喷口的遮挡技术。喷气发动机尾喷口及其附近
的热部件,一般温度都很高,是飞机上最强的辐射射源之一,也是一些对空红外制导导弹所
追逐的主要目标。由于在飞机上,发动机尾喷口处热部件对后半球方向的辐射强度最大,构
成了相当大的可探测区。遮挡的目的是尽量缩小其可被直接探测的方位角,使红外探测装置
 
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