2019-09-27 15:32:34
来源：科学大院
超音速军用飞机炫酷的外形令很多军迷着迷，也差不多是现在速度最快的航空器。在超音速飞机的图片中，我们经常能看到飞机的机头部位有一根长长的“尖刺”，比如下图这架米格-29；而歼-20的机头却少了这根“尖刺”。这两种设计的区别在哪里呢？我们要先从这根“尖刺”是什么说起。
注意到机头的“尖刺”了吗？（图片来源：pixabay.com）
歼-20（图片来源：微博@空军发布）“尖刺”是什么？
这根“尖刺”是什么？江湖上流传着很多关于它的传说：
（图片来源：网络，作者有加工）咳咳……其实没有那么玄幻，这根“尖刺”的大名叫空速管。
飞机能够飞上天，依靠的是流过机翼表面的高速气流产生的压力差，气流与飞机相对速度的大小是升力的决定性因素之一。这个相对速度叫做“空速”，是飞行的重要参数，知道这个参数才能知道当前的升力、阻力等数据，进而可靠地操纵飞行器。空速管承担的就是测量空速的重要工作。
空速管由两个套在一起的细管组成，一个与外界连通，获得当前环境的气压；一个直直地迎着风，感知气流吹来造成的总压。两个细管间的压力差造成膜盒变形或液柱高差，就能具象地指示出当前的空速。
那为什么空速管要安装在飞机头的部分，又被做成“尖刺”的形状呢？
这是因为在飞行中，机身周围的气流会被飞机“推开”，这部分受到飞机影响的气流并不能体现出真正的空速。为了测量到不受影响的气流，空速管一般被放置在飞机的前端，并尽量离开机体一段距离，这就是空速管常被做成长长的“尖刺”状的原因。
超音速是谁的功劳？
但正是因为空速管通常被放在机鼻这个存在感极强的位置，并且几乎“机机必备”，出镜率极高，关于它的谜之传说也就流传开来了。
但其实空速管的唯一作用就是我们前面说的，测量空速。
要想突破音障进行超音速飞行，可不是空速管能解决的问题，它需要发动机和飞机整体气动外形一起配合，细长机身、后掠翼、超音速翼型等设计才是降低阻力的关键。要真说“突破音障”，还是要靠尖尖的机头。
尖机头，细长机身，三角翼，超音速妥妥的！（图片来源：pixabay.com）现在的新式战斗机已经采用尖头设计，进气道放在两侧或腹部，尖头有利于减小阻力，进行超音速飞行。
但早期的超音速战斗机还采取机头进气的方法，机头圆钝，比如下图这架米格-21，这种机头阻力较大，它如何突破音障呢？
激波锥（图片来源：pixabay.com）答案就是机头进气道内的这个锥形，它的名字叫激波锥或者进气锥，能够破坏进气道处的激波。可以看到，相较于机头和激波锥的尺寸，空速管实在太小了，即使它“有心”破除音障也“无力”啊！
空速管：我应该在车里还是在车底
亚音速飞机通常把空速管放在机翼或者垂尾前缘，超音速飞机则一般放在机鼻位置。
但是既然知道了空速管的真正作用，我们也就知道，这些设计套路并不是不可违背的金科玉律，超音速飞机的空速管并不是必须放在机鼻位置。在具体的设计中，空速管的位置有很多选择，对同一机型来说，也有多种装备方法，按照需求而定。
亚音速战斗机F-86的空速管安装在翼尖（图片来源：pixabay.com）
最早的超音速战斗机之一F-100D，空速管放在机头下，这个位置允许空速管有较长的长度，但是会很重，在地面也很不方便（图片来源：维基百科）
这架超音速战斗机米格-19将空速管放在了翼尖（图片来源：《Mikoyan MiG-19：Famous Russian Aircraft》，Gordon， Yefim）
歼-6的机头空速管可以向上折叠（图片来源：新华社）作为一种机械装置，空速管简便可靠，物美价廉，即使在二十世纪后半叶出现了新型的电子测速设备，空速管的地位仍然稳固，一架飞机通常要配备至少两套空速管装置，电子测速设备则通常仅作为备用。
但是随着战斗机的发展，机头空速管变得越来越“碍事”了。我们知道，高空中气温很低，还有云团等水汽。为了防止结冰失灵，空速管都是金属材质，以便加热除冰。金属材质的空速管给安装在机头的雷达带来了一些麻烦，一方面是金属材质反射雷达波，给雷达探测造成干扰，需要在机头内安装额外的吸波材料；一方面是新型的机头雷达罩大多采用复合材料一次成型，强度不如金属机体，空速管继续安装在这里的话，容易引起基座变形，影响测量精度。而且，当今战斗机速度普遍提高，这一点也加剧了机头空速管的颤振。
除此之外，新式战机对隐身性能的要求也越来越高。为了减小飞机的雷达反射截面，以增强隐身性能，飞机外形需要尽可能地平滑、少尖角，长长的机头空速管显然对隐身非常不利。
于是，出于气动、结构、隐身等各种性能的考虑，大家各出奇招，空速管被做成了各种形态。比如F-18和歼-10等机型都采用了在机头两侧安装多个L型空速管的设计。经过算法修正，L型空速管也能保证较高的测量精度。
F-18机头左前方的L型空速管（图片来源：pixabay.com）
歼-10B的L型空速管（图片来源：央广军事微博）在海湾战争中一战成名的F-117A“夜鹰”亚音速隐身攻击机，在机头配置了四个全向大气数据探管，整合了测量空速、侧滑角、迎角等等多种功能。
F-117A（图片来源：维基百科）
空速管需要精心呵护防止异物进入，在地面的时候要用保护套罩住，这架F-117A机头的四个空速管就被罩起来了（图片来源：维基百科）F-35和歼-20都采用了嵌入式大气数据传感系统，这种测压方法使用压力传感器阵列加上算法修正，只需要开孔，而不需要安装外置的结构。
值得一提的是，尽管使用了嵌入式大气数据传感系统，在试飞验证阶段飞机一般仍要保留空速管，用于收集数据，比如歼-20的原型机；在定型之后，歼-20的空速管就取消掉了。
歼-20的机头特写（图片来源微博@空军发布）
B-2轰炸机的机头（图片来源：pixabay.com）对隐身性能要求更高的B-2轰炸机干脆舍弃了传统的空速管，在风挡前方的机头部位安装了6组嵌入式大气数据传感器。
2008年，一架B-2轰炸机在美军的关岛空军基地坠毁，原因是当地的潮湿气候导致飞机传感器故障，使得计算机提供的空速和高度数据严重错误，最终撞地坠毁。B-2较差的平衡性固然也是坠毁原因之一，但此次事件也显示了对计算机的依赖给飞机带来的风险，电传和计算机仍然不能完全取代空速管的作用。
今年是新中国成立70周年，据国新办消息称，今年的阅兵式将安排部分先进武器装备首次亮相，如果有先进战机掠过长空，大家不妨观察下它们的空速管呀。
