F-22的乘波體蓋瑞特進氣道。
各路軍迷大神們張口閉口都離不開的蓋瑞特進氣道，DSI進氣道，乘波體，附面層這些術語，相信大家聽了都覺得迷迷糊糊。
本文將深入淺出的講解蓋瑞特進氣道的工作原理，為什麽蓋瑞特進氣道是乘波體，以及它的革新之處。
首先我們要了解激波這個概念。
超音速飛行的尖頭物體會產生斜激波。氣流經過激波後會減速，溫度上升。超音速氣流經過斜激波時減速的程度比較小，之後依然是超音速氣流。氣流經過斜激波後能量損失較小。
超音速飛行的鈍頭物體會產生弓形激波。超音速氣流經過弓形激波後會劇烈減速為亞音速氣流。下圖中的弓形激波明顯比斜激波看起來比上圖的斜激波粗，而且激波兩邊顏色差別明顯。弓形激波相比斜激波，會產生更大的阻力，更多的消耗空氣中的能量。
超音速物體會形成一面圓錐形激波。
如果超音速的物體是楔形的，則會形成激波平面。
想深入了解激波的朋友可以看我的另一個回答：有哪些航空航天上的事實，沒有一定航空航天知識的人不會相信？
讓我們了解一下為什麽超音速飛機需要進氣道。
飛機的燃氣渦輪發動機需要吸入空氣中的氧氣才能工作。然而我們不能把發動機入口直接暴露在來流的超音速空氣中，因為燃氣渦輪發動機只能吸入亞音速的瓦斯（直接吸入超音速空氣的發動機叫沖壓發動機）。因此我們需要進氣道將超音速氣流減速到亞音速。為了讓發動機執行地更高效，進氣道往往有相當復雜的設計，在很寬的速度和高度範圍內為發動機提供均勻和高效的進氣。
下面介紹幾款傳統的超音速進氣道設計。
二代機是最早的一代超音速戰機，部份早期二代機采用了皮托式進氣道。一些側重亞音速效能的三代機也會采用皮托式進氣道。皮托式進氣道是下圖左邊的型別，結構十分簡單。
它的缺點在於它是一個鈍頭物體，所以前方會形成一道弓形激波，超音速瓦斯經過弓形激波後瞬間減速為亞音速瓦斯。這導致皮托式進氣道的阻力高，且空氣中的能量會被強烈的激波提前消耗，導致發動機因為得不到高能量的空氣而效率下降。我們希望進氣道中盡量不要首先產生弓形激波（正激波）。
晚期的二代機和早期的三代機中也有不少飛機采用了激波錐進氣道（下圖中間）。
比如大名鼎鼎的殲8。
在激波錐進氣道啟動時（下圖右邊），圓錐的尖端會產生一道圓錐形斜激波，激波會正好落在進氣道邊緣。
這是激波錐進氣道內部的圖片。斜激波會在進氣道內多次反射，超音速氣流每經過一道斜激波，都會減速一點點，經過許多道斜激波後會最終在一道較弱的正激波後變成亞音速（弓形激波的中心是正激波），而不是像經過皮托式進氣道的弓形激波一樣劇烈減速。因此空氣中的能量損失較低，發動機吸入高能量的空氣，效率也會更高。
第三種進氣道則是三代機廣泛采用的二元進氣道（下圖右邊）。
比如殲8II
和殲10a
二元可調進氣道可以實作對氣流更加復雜的控制，從而讓發動機工作在更高的效率。亞音速時擴大進氣口，增大進氣量。超音速時縮小進氣口，減少進氣量，並把多余的空氣透過出氣口排除。
氣流經過進氣道上緣的可調角度的斜坡，會產生一道斜激波，斜激波經過調整後會正好落在進氣道下緣上，並在進氣道內反射。可調的斜坡可以讓進氣道在不同的速度下都保持高效率。氣流氣流經過一道道斜激波會逐漸減速為亞音速。
這種進氣道的缺點在於結構復雜，重量高，它的截面必須是矩形的，否則它復雜的氣流調節功能都會失去作用。
矩形的截面相當於是一個角反射器，使雷達波能被原路折返，大大的增加了被雷達發現的可能性。
有什麽方法可以讓進氣道截面不再是矩形呢？
讓我們先了解一下乘波體。
想象一個楔形物體。
在超音速的時候，它會產生斜激波平面。
下圖的楔形物體是一個乘波體。它的特征在於，經過特殊的設計後，乘波體前緣（紅色虛線）產生的激波都會在一個平面上，激波面會將乘波體的前緣包住。這個乘波體產生的平面激波，和下圖中虛擬的楔形物體產生的激波處於同一個面。
鍵盤6鍵上方的^符號的英文名叫蓋瑞特（caret）。
由於截面類似蓋瑞特符號^，這種設計的乘波體因此得名蓋瑞特乘波體（caret waverider）。
想深入了解乘波體的朋友可以看我的另一個回答：從零開始推導東風17的氣動外形，並深入淺出的講解「乘波體」
下圖紅色的部份是一個上下顛倒的蓋瑞特乘波體。
我們在蓋瑞特乘波體的後面將激波接住。
這樣我們就得到了一個蓋瑞特進氣道。
相比只有一個斜面的二元進氣道，蓋瑞特進氣道則有兩個斜面。
蓋瑞特進氣道在理想條件下會形成像薄膜一樣包住進氣道前緣的激波面（下圖紅色），這和乘波體的原理是相同的。
蓋瑞特進氣道的優點是結構簡單，重量輕。它相對皮托式進氣道高效，但由於它的角度是不可調的，所以不能適應所有的速度，只在某一個速度實作最高的效率。蓋瑞特進氣道最大的優點是隱身，因為它的截面可以被設計成平行四邊形，從而避開直角邊的角反射器效應。
第一架采用蓋瑞特進氣道的飛機是由大王峰F/A-18C/D改進的的超級大王峰F/A-18E/F，於1999服役於美國海軍。
蓋瑞特進氣道擁有兩個固定的斜面。
F/A-18E/F的傾斜雙垂尾+平行四邊形截面蓋瑞特進氣道可以大大降低角反射效應。雙垂尾和進氣道外側是平行的，可以減少雷達回波的方向。F/A-18E/F的隱身設計雖然不全面，在武器掛架處也是直角的，但它消除了雷達反射最大的來源：垂尾和進氣道，隱身效能比su27系列上了一個台階。
另一個使用了蓋瑞特進氣道的飛機是自2005年服役於美國空軍的F-22。
F-22的進氣道相比F/A-18E/F做了多項改進。進氣口上表面和機翼整合在了一起，降低了結構重量。前緣的斜坡上增加了附面層吸除裝置，讓氣流更加均勻。進氣口外上和內下分別增加了用來分散激波強度，防止流動分離的圓弧形修形，同樣是為了讓氣流更加均勻。
這個角度可以更清楚的看到附面層吸除裝置的小孔（小孔的排列方式似乎有區別）。
Su-57的進氣道是更加復雜的，臨界截面積可調的蓋瑞特進氣道。臨界截面是進氣道內最狹窄的截面。
我們可以看到Su-57進氣道內部有一塊可調的斜面。斜面上可以看到附面層吸除裝置的小孔。
整個可調裝置由兩塊面板組成。下圖是進氣道的側檢視，可以看到可調面板的最大位置和最小位置。臨界截面是進氣道內最狹窄的截面。調整臨界截面積的大小可以實作對激波位置的調整，這樣可以讓進氣道在不同的速度下都保持高效率（F-22和F/A-18E/F的進氣道只能在特定速度下維持高效率）。可調面板在亞音速時會調整到較大的位置，在超音速時則會調整到較小的位置，同時起到遮擋發動機，防止發動機葉片雷達回波的效果，一舉兩得。可調面板由前後兩塊組成，中間有一條縫隙，附面層正好可以從縫隙中排出。
這種可調臨界截面積的蓋瑞特進氣道會產生極其復雜的激波系。如下圖所示，進氣道內產生了三道斜激波和一道正激波，是高效的進氣方式。如果沒有長期的實驗以及優秀的設計人員，是無法設計出這樣的產品的。希望大神們不要噴Su-57的進氣道了（狗頭）。
飛機外形對於隱身的作用遠大於蒙皮縫隙，而嚴絲合縫的蒙皮會大大增加生產成本。從Su-57蒙皮縫隙粗獷的做工判斷，軍方似乎有對低成本的需求，它決定了Su-57的隱身要向生產成本妥協，設計人員在各項約束條件下或許已經達成了最優解。
Su-57的進氣口上方有著巨大的可動邊條。可動邊條可以讓飛機在低速時能夠維持更大的攻角。Su-57的前緣襟翼在亞音速時放下時還會輔助發動機進氣。
討論了這麽多國外的飛機，那麽國內有沒有采用蓋瑞特進氣道的飛機呢？
答案是有的，比如教練-10。
別以為你在外下角加了個巨大的倒圓，我就認不出你是蓋瑞特進氣道了（狗頭）。
欣賞幾張鱉版蓋瑞特的美圖。
蓋瑞特進氣道加大邊條設計和F/A-18E/F異曲同工。
下期我想聊一聊DSI進氣道，喜歡的朋友們別忘了點贊關註我喲。
填坑：
