|
飞机能飞的奥秘在于机翼,机翼是飞机的核心。战斗机作为高性能飞机的代表,战斗机机翼一直代表机翼设计的前沿,从二战前后的平直翼,发展到战后的后掠翼,然后是超音速时代的三角翼,如今是隐身时代的人字翼,也成兰姆达翼,兰姆达为看起来像人字的希腊字母。
% q' p8 J) d' T9 X* n- w* R/ q( X4 V7 l/ l: N6 s2 i) Z
在30年代,飞行速度尚未超过500公里/小时,但阿道夫·布斯曼已经开始研究超音速飞行的问题。超音速飞行首先需要解决激波阻力。
) L6 ]" G' r* M" _5 F" O8 C; V8 ]/ w
飞行体在超音速飞行时,前方的激波好比无形的大伞,顶着大伞前飞当然阻力巨大,平直翼简直就是顶着门板在飞了。布斯曼发现,如果机翼前缘后掠,来流可分解为流向(顺着飞行的方向)和法向(垂直于机翼前缘)两个份量。不管自由流的速度是多少,法向速度低于音速就可避免激波阻力。这就是后掠翼的理论基础。
: ?7 M* U0 e/ l* n0 G( ~
# q5 E/ H0 U& G2 n2 Y/ D! ?. v8 a
2 ~1 ~$ B8 ?% r8 i
机翼前缘后掠可以把气流速度分解为法向和流向两个分量,只要法向分量不超过音速,就可避免激波阻力的产生/ ^* B# r/ [5 L0 C5 q, t0 }7 [% a
3 y3 h* ^4 U" L* b: ]说是后掠翼的理论基础也不完整,三角翼同样用布斯曼的理论。实际上,布斯曼的理论只管机翼前缘,机翼后缘并无特殊要求。因此,战后初期,后掠翼首先登上舞台。! Y, Y* V) w; c2 u& S
/ b7 x, ?5 g2 i% m! [' G+ {
后掠翼好比把平直翼平转到后掠角度,机翼前后缘都后掠,尽管常见后掠翼的后缘角度比前缘后掠要小。后掠翼可以最大限度地利用平直翼的分析、设计和制造技术,在早期喷气战斗机的设计中大量采用。比如说,F-86“佩刀”式、米格-15/17/19等都使用后掠翼,今日高亚音速客机也基本上采用后掠翼,如C919、各种波音和空客。
- P: Y/ y- ?# Q' P+ l+ z# {) B _$ y
# \1 F0 b" t7 [- j# a$ E; a早期喷气战斗机大多采用后掠翼,如米格-15' Z% H! {, l3 p; B
4 n z( v! P+ Y, K- D Y" J后掠翼的缺点是升力带来翼根扭转,很不利于受力设计,后掠角越大,翼根扭转的问题越大。
0 m9 f3 J3 v% E4 ?3 [2 G, h$ o1 \) ^+ O3 r) R1 @
把后掠翼的后缘与机体之间的空隙填满,后缘拉到平直,就成为三角翼。三角翼的翼根很长,受力情况极大改善,翼内油箱的容积大。但传统平直翼的分析、设计和制造技术不能用了。
" O7 |9 r Y& X4 B1 Y* s1 U. E/ R4 g% g: _$ p& r1 c5 T+ {
4 D. Q V) A+ c2 ]) ~但三角翼逐渐成为超音速战斗机的主流,如幻影III$ K# w5 {, e& g! P2 I; \4 D
$ b W( B# @9 q2 ~+ M" Y/ N9 ~
三角翼的翼面积比同等翼展的后掠翼大得多,但“含金量”不及后掠翼。翼面积越大,产生的升力越大,这是有利的。但三角翼产生升力的效率不如后掠翼。4 k3 B( N8 J& V+ D; h; T: `0 S
+ w$ @* n6 I& y' d- P
气流的连续性是机翼产生升力的必要条件。也就是说,同一气流来流在前缘分成上下翼面气流后,要在后缘重新汇合。这样,上表面气流流经的路径较长,流速较高,压力较低;下表面气流正好相反;上下翼面的压力差就是升力。这要求上表面气流保持吸附,气流一旦分离,连续性假定就破坏了。下表面不是问题,压力较高本来就有利于保持吸附。
% [# E) j7 x8 ?, e) u4 o, g- {" V6 _8 v. Z5 T" W
太长的弦长容易导致上表面气流分离,尤其在迎角增加的情况下,不仅降低升力产生的效率,还可能带来额外的阻力。为了在大迎角下保持气流吸附,人们采用了很多办法,如边条、翼身融合体、前缘襟翼等。
& i/ S9 q4 K- r$ s' }; q1 J$ s4 S0 F% w2 W; C$ n$ L
2 ~8 b6 [. V3 q" O4 q6 p+ G& K
弦长增加容易在大迎角时发生上表面气流分离,导致升力损失和额外阻力' `0 y6 t! ~& q) G
7 K5 r9 P* \$ |三角翼成为60年代以后战斗机设计的主流,尽管有“幻影III”那样的无谓三角翼、米格-21那样的有尾三角翼、F-16那样的截梢三角翼、萨博“龙”式那样的凹式双三角翼和印度“光辉”那样的凸式双三角翼、“协和”式客机那样的S前缘的大三角翼等多种形式。3 t$ W* G r/ `; |; t$ O- ?$ \5 ?7 E; X) R. x
2 a' ?6 _8 g, H' n9 d在隐身时代,战斗机依然需要超音速,但隐身也要求边缘对齐,尤其避免与前进方向成直角的线和面。三角翼的平直后缘在气动上无碍,但在入射雷达面前,与平直前缘也差不多了,像门板一样。( d; x8 }7 W, N% v7 u1 z! E2 n* C; p
) @( E9 g. |) M7 K菱形翼解决了后缘反射的问题,做到边缘对齐,但机翼内段弦长太长,气流容易发生分离。在同样翼展的情况下,翼面积不必要地大,机翼的结构重量和摩擦阻力增加,翼面积的“含金量”较低。YF-23是唯一已知采用菱形翼的战斗机。# P1 E! y" r& U! _% D; x: T. T
. G4 \# {! N- x3 P! Z0 h* I0 s" g: n. U& A
- D' ~6 l; w U9 m9 Z在隐身时代,三角翼变身为菱形翼,如YF-23
% A( W7 J3 r! c4 ?2 ~, d
( Z. w7 {/ [) N3 {7 t" G) f人字翼实际上是菱形翼和后掠翼的结合。在菱形翼的基础上,缩小翼展,降低不必要的翼面积和翼根弦长,然后在外侧加一对大展弦比的后掠翼,在改善隐身的同时,提高机翼的升阻比,提高机翼气动效率。 C; _) r8 ?: p; r T; X7 ]3 B
; f! g2 h8 D6 q# _& f' X
" r8 |3 m. T8 N+ L8 D将菱形翼与后掠翼相结合,就成为人字翼,如JSF竞标时的麦道方案
6 i+ C4 L' _8 a$ `7 x M
2 r5 @9 v& R4 d$ D$ r! m由于结合和菱形翼和后掠翼,人字翼的设计很灵活。既可以小后掠大翼展,极大提高亚音速升阻比;也可以大后掠小翼展,最大限度地降低超音速阻力。还可以灵活调整“胳肢窝”点,在接近后掠翼和接近菱形翼之间灵活过渡,在巡航经济性和高机动性之间寻求最优。
) l& U4 a- T# _- i1 ^6 I# P& ^' H+ n* ]$ o) q2 e. w p
人字翼首先在JSF竞标中麦道方案得到使用,现在各种第六代战斗机设计中几乎成为标配,如英日意GCAS、德法NGF,无尾飞翼上也大量采用,如RQ-180、B-21。
. R, X9 U8 O: u8 H
# X8 G( A. I7 N2 a
2 b* i. J* K+ p+ U
- v/ L% H" ?+ O4 U) h' `2 @
7 i( @. M5 i+ L5 ~7 y6 L+ f. J
如今人字翼几乎是下一代战斗机的标配,如英日意的GCAS(上)和法德的NGF(下)' [3 r* Q4 ?. Q
% c' B& {7 _# k* T+ d* M
/ u: F2 J4 |; M: F
* X3 r6 M0 o; F4 j
5 ]' G) R3 \. Q$ a- f
无尾飞翼也采用人字翼,如B-21(上)、RQ-180(下)4 c8 G1 ^, e% b/ q+ \
/ m) ]6 Y9 v5 }" h& n
人字翼用于无尾飞机是有意思的问题。大翼展有利于较高的升阻比和航程,大后掠有利于降低阻力和雷达反射特征,但这也容易使得升力中心靠后。升力中心不宜与重心相距太远,这就限制了人字翼无尾飞翼的后掠角和翼展。
& o* T7 G7 }- b, _3 B
0 w: w1 D! Z( l8 |) d, C; @8 j2 t八字胡翼应运而生。八字胡翼的正式名称是曲折翼(cranked wing),可以看作人字翼的变异。内段可看作翼身融合体的延伸,前缘大后掠,后缘小前掠;外段为小后掠翼,具有很高的升阻比。
0 H/ z P* [0 C; G
/ @8 l& T7 L; G
- g) w. D8 u: W/ s' B
人字翼的一个变异是八字胡翼,如X-47B
0 V' O# `7 T" x7 e
; |$ a; U- ^' T2 M八字胡翼非常适合高升阻比的长航时飞机,X-47B就是典型应用。; y( V) o& L% a
: H6 v3 C$ K ]. y6 o人字翼及其变异是很值得重视的新型机翼。
8 a, s8 B y, |$ w" N' n( e; X+ N2 Q/ ^2 B# d; m
; E9 ?5 ?* W* N! X
|
评分
-
查看全部评分
|