F-16 DSI

最近在某大V视频作者的评论区，我的一个留言引发了广泛的讨论。主要是他视频里的这一句非常具有误导性，我又忍不住发表下意见了。

这一句描述“最早用DSI进气道的是我们国家的这个枭龙战斗机”，既对也不对，因为定语不完整。最早用DSI进气道的服役战斗机确实是枭龙战斗机，2007年枭龙交付巴基斯坦空军服役，而F-35被磨洋工的洛克希德马丁拖到2015年才服役，只能区居第二。

01号原型机还是传统进气道

但是要说最早搭载DSI的飞机，那就排不上枭龙了。人家洛克希德马丁的F-16DSI验证机，早在1996年就上天了，枭龙直到2006年首飞的04号原型机才搭载DSI。这个中间还有一个2000年首飞的X-35验证机呢。

F-16 DSI 洛马自己的验证机

X-35

这些时间表都有据可查，但是仍然有网友表示不服，并在回复中给我了“证据”，下面这个“证据”看的我都乐了。熊掌家爱信就信吧，拦也拦不住。也不想想如果真是中国人发明的，怎么就不给取个中文名字呢？再懒也给个拼音缩写吧，为啥非要用个拗口的英语缩写呢？

好吧，本文给大家分享下DSI的前世今生。

测试鼓包进气道的F11F

DSI这个英文缩写的全称是这样的：Diverterless Supersonic Inlet，无隔板超音速进气道。一看就不是中国人取的名字。这玩意的技术源头来自意大利空气动力学家兼游击队指挥官安托尼·费力（Antonio Ferri）在1950年代提出，费力的专利现在可以随便下载 Ferri A. Scoop-type supersonic inlet with precompression surface. Patent 2990142, USA, 1961。

安托尼·费力

费力在30-40年代已经是意大利国宝级科学家，1938 年，26 岁的他获得了意大利科学最高奖——意大利科学院科学奖，当时他在意大利建造了第一个超音速风洞，用于研究高速飞行的空气动力学理论。

费力在1961年的鼓包进气道专利，已经具备现代DSI的所有特征

1943年9月10 日德国占领罗马三天后，费力回到了圭多尼亚的研究设施，摧毁了重要设备，将他的研究文件藏在一个水果箱子里，然后和他与兄弟朱塞佩·费里 一起组织了班达菲亚斯特拉的反法西斯游击队，上山打游击去了。盟军解放意大利后，1944 年，费力来到弗吉尼亚州兰利的国家航空咨询委员会（NACA，NASA的前身），在那里他干回老本行，继续担任空气动力学专家。

NACA 测试的“鼓包”超音速进气道

在战后不久，他提出了“鼓包”（bump）形状用于超音速飞行中的进气道的可能性，并领导了NACA的相关研究。NACA改造了一架F11F"虎"式战斗机的进气道，加装木质的“鼓包”。注意这个实验平台并没有完全去除边界层隔板。1956年，他创立了通用应用科学实验室，随后注册了他的进气口专利，称之为“费力勺”。

NACA的鼓包进气道研究报告，是的这玩意儿比NASA还早

涡轮喷气式发动机进气道的基本原理是，将进气气流和燃料混合后喷出，用燃烧能量带动进气气流，并依靠喷出气流的反作用力提供推力。但发动机并非什么气流都“吃”，实际上相当“挑食”。空气作为流体都有混沌的特性，也就是一点小小的扰动就可能破坏平静的层流流场，变成发动机不能处理的湍流，湍流不仅会导致停车，严重的湍流甚至会导致异常震动直接摧毁机身结构。进气道的第一个必要功能是阻止内部流场破坏。

桑德斯-罗SR 53，驾驶舱后面草率的开口是它的进气口

在低亚音速阶段，实际上进气口影响不大，甚至机身上随便开个口子都可以。

AV-8B进气道，速度较低无需特殊结构

但是随着速度的增加，对进气道的要求越来越高，首先是流过机身的边界层或者叫附面层的低速气流，一旦进入进气道，会破坏流场产生湍流，所以在超音速时代，设计了花样百出的进气道，第一任务就是赶走边界层，通常使用一大块隔板将机身和进气道物理隔离，还要配合放气孔等设施。

F-5的进气道边界层隔板和放气孔

如果速度再提升，接近2马赫的时候，就会遇到另外一个需求，速度将导致进气量过大，超过发动机处理能力。这时候就需要可以调节进气量的进气道。

幻影2000的锥形可调节进气道

超音速代理的另一个问题是发动机的风扇叶片无法处理超音速气流，所以接近空气中的高动能气流必由进气道须转化为静压，以将进气降为亚音速的高压气流，进气口必须在损失最小的能量的情况下压缩进气气流，通常称之为具备较高的“总压恢复系数”。

对于现代战斗机的进气道，一方面要稳定流场，另一方面要保证进气流量和飞行速度以及发动机功率匹配，同时还要具备较高的“总压恢复系数”。为此，超音速进气口比亚音速进气口更复杂，因为它们必须设置两个或三个冲击波来压缩空气。锥形或倾斜坡道突出在入口前方。这些入口的复杂性随着设计速度的提高而增加。

F-22的嘉莱特（CARET）进气道是复杂设计的巅峰

DSI的凸起鼓包使用一个看似简单的方法同时满足以上三个需求，鼓包起到压缩面的作用，并产生一个压力梯度，将低压的边界层“吹离”进气口。同时经过计算机精确设计的鼓包可以在优化速度条件下匹配发动机的进气需求。

一个DSI进气道口的超音速风洞测试，可见鼓包产生的激波将边界层吹到进气道外侧

看上去很完美是不，但其实这个鼓包要做到恰到好处非常的困难，难到了在计算机辅助流体力学（CFD）诞生之前，没有办法精确的设计这样一个进气道鼓包。这就是在1990年代之前所有的鼓包进气道尝试都只能算是部分DSI进气道。

一个DSI进气道的流场模拟

其中一个例子是沃特XF8U-3，确实，下颌式进气道内的鼓包完美的完成了产生激波压缩空气和一定程度的调节功能。但进气口过于靠前，边界层还没有产生，没有（也不需要）边界层吹除的功能。同理，X-32和Su-57的下颌式进气道也不应该算是完全的DSI。

XF8U-3

XF8U-3内部的鼓包

90年代初，洛克希德马丁公司（实际上还包括他们当时刚刚收购的通用动力公司战斗机分部，即老康维尔）开始再度审视鼓包超音速进气道设计，这时候他们有了计算机流体力学的强大工具，以及超级计算机的帮助。

F-16 DSI 1996年12月 9天内飞行了16次

洛马的工程的利用CFD对进气口进行了广泛的研究，发现新的 CFD分析可以更精确地建模和预测气流，使固定的费力“鼓包”进气口更有效率，以至于它可以与更传统的进气口设计相匹配，同时重量减轻 30%， 并在隐身方面有额外的好处。

洛马的研究，DSI在大部分范围总压恢复系数要比嘉莱特高

重量轻了30%（和嘉莱特相比）

他们首先改造了一架F-16，然后将其技术应用到了正在推进的JSF项目上，也就是X-35验证机。然后就是F-35漫长的磨洋工。F-35的进气口和X-35其实有一定的不同，根据最新计算，这部分重新设计了。

在洛马磨洋工的时候，地球的另一边也摸到了DSI的门道，2006年枭龙战斗机04号原型机成功的测试了中国第一各DSI设计以后，就是遍地开花了。

目前全世界现役的5种使用DSI进气道的飞机中，中国占了4种，并且几乎是马上又要加上一个。也难怪网友们会觉得我们发明了这个玩意儿。

废弃状态的F-16DSI

DSI万般美好，但总还是有一些先天劣势，广受诟病的就是高速性能，洛马的测试中DSI优于F-16那个巨型皮托管进气道但是高速性能和F-15的楔形可调进气道相比显著劣势。这是轻量化和隐身的代价。

但是很多人认为1.6-1.8马赫就是DSI的上限了，因此质疑歼-20的最大速度。这其实是个误解，像F-35这样的战斗机，其整体性能围绕着1.6马赫的最大速度和跨音速范围的机动性优化，就算给它装上嘉莱特也飞不到2马赫。这是F-35这类轻型战斗机的上限而不是DSI的上限。

XF8U-3最快的单引擎喷气机

同样装着鼓包式固定进气道的XF8U-3，飞到了2.39马赫。这足以证明DSI的潜力，DSI是可以上2马赫的，尽管性能必然受到一些限制。

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