探秘YF-23隐形战机的发动机进气口设计

冷战末期，诺斯罗普的YF-23在高级战术战斗机竞赛中输给了洛克希德公司的YF-22，成为一代神话。不仅成群结队的航空爱好者和分析家认为它应该赢得那场比赛，洛克希德马丁公司甚至也认为它应该击败YF-22。很多人认为YF-23是完美的飞机，事实上它也有优缺点。然而YF-23最奇特的设计元素被忽视了，那就是它的进气道。

能够在不使用加力燃烧室的情况下以超音速长时间飞行是ATF计划的一个关键性能要求，而雷达隐身性能同样重要。在设计高性能战斗机时，为发动机提供大量稳定气流的目标和高度隐身设计可能会产生冲突。在ATF竞赛之前，精心设计的“分流板”和将进气口结构与飞机机身分开的偏移设计一直是超音速战斗机的常态，但这些设计元素并不有利于雷达隐身。即使进气口和机身之间的间隙很小，也会导致雷达截面在最重要的地方增加——从飞机的前半球机身开始。即使是生产型 F-22 的进气口与机身也是分离的，但诺斯罗普的 YF-23 做到了。

这个问题与飞行时在飞机机身周围扩散的边界层空气有关，边界层空气可以以随意的速度和流动方向传播。如果飞机进气口混合吞噬外部大气层均匀空气与机身周围黏附的边界层空气，会导致发动机工作效率大幅下降，发动机推力不稳定。在某些高强度飞行状态下，边界层空气会变成湍流，会严重影响发动机的性能，甚至迫使其故障关机。因此发动机的进气口需要均匀的气流，因此需要精心设计的“分流板”导流边界层空气。

在超音速飞行状态下，这些问题更加复杂。隐形飞机外形设计的其他固有限制使得为大功率发动机提供大量稳定的空气更加困难。虽然S形风道可以将雷达特征明显的发动机表面屏蔽在雷达波之外，而且在1马赫以上的超音速飞行期间还可使空气足够减速，以便发动机可以将其吸入而不会干扰其运行，但S型风道并不能解决边界层问题。

因此，诺斯罗普没有在YF-23机身下方安装带有分流器间隙的独立进气结构，而是在机身下方与进气口前缘相接的顶部和前方安装了“纱窗”。这些面板上钻有小孔，可以吸走粘在机身上的边界层空气，然后，这些边界层空气从YF-23机身上表面的齐平孔和小门中排出。实际上，这些“纱窗”就像一个看不见的分流板，但不是分离空气，而是将其移除，该系统被称为边界层控制系统，并可以自动工作。

因此，YF-23的发动机进气口设计非常简单。它并没有作为一个离散的结构像苏-27和F-14那样“悬挂”在机身下方，相反，它的梯形形状只是终止于机身下部本身，很大程度上是机身的一部分。考虑到在YF-23高速测试期间，F119和F120发动机的整体稳定性并没有产生异常，这个独特的设计似乎运作良好。

在分流板上钻孔并不是什么新鲜事。例如欧洲战斗机EF2000在其进气口上方分流板上就有钻孔，F/A-18E/F超级大黄蜂也在其进气口内侧使用钻孔。老式飞机，如F-4，也在其分流板上使用钻孔来去除附着在进气口表面的边界层空气。后来出现的F-35系列隐形战机、JF-17枭龙轻型战机、歼-10C鸭翼中型战机、歼-20重型隐身战机都使用了更新一代的无分流器超音速进气口，该概念采用前掠式进气设计和与飞机机身融合的大型驼峰状结构，使边界层空气远离进气口，并将进入进气口的超音速空气减速。DSI进气道达到了YF-23取消分流板的最高境界，有迹象表明，诺斯罗普公司可能考虑在F-23预生产型集成类似DSI进气道的结构，不过到那时ATF竞赛已经分出来胜负。

洛克希德马丁公司于1996年成功测试了DSI进气道技术，并改装了一架F-16作为测试平台。测试结果表明，DSI进气口对发动机运行没有不利影响，实际上可以提高飞行包线某些区域的发动机推力。它还可以通过更好地遮挡发动机的风扇表面来减少前半球机身的雷达横截面。不过DSI进气道和S型管道布置将超音速飞行速度限制在1.6-2.0 马赫，对于2马赫以上的极速飞行可能存在不利影响，需要其他方面的气动设计来弥补。

关于YF-23的更多内容请看：如果诺斯罗普YF-23击败洛克希德YF-22，正式服役的F-23A会是什么样子。