爱吱声

标题: 人字形机翼：战斗机机翼的新潮流 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2024-5-19 06:45
标题: 人字形机翼：战斗机机翼的新潮流
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。
6 v. V9 Y" e" @8 C
+ b+ s  A* q2 e2 y1 M4 H" p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。
' ?9 z. y; v7 X2 s% t2 t$ t# v  v3 T' `
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 o  D7 ~+ b" t7 J/ U6 l! s1 {7 W
- ^' m% \$ q- x; k
* v+ F2 q* ~, E- T& ?  v4 Q3 ?- c
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
  S2 G6 r' e6 y9 B& x
, v/ u. c6 _2 \1 G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。0 i. L0 b3 C4 k
/ {1 g  O1 n# f" {
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。
1 w! n1 W" W$ J8 r: }
* k" `8 s8 u) D% q/ d8 T2 A& j5 [6 A - [& _: {: f/ C# n* x* b2 Z
早期喷气战斗机大多采用后掠翼，如米格-154 \; H+ C( v) K9 x' I) `

' a' J0 y5 L$ c6 B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。
! S" P) ~6 v8 r4 X5 L7 z0 G6 E0 `0 f9 F
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。
! m+ o2 S7 E& L/ N/ K
9 `3 g1 I8 l; }0 [, N$ O
' [3 {# _$ H+ K) M  _9 {( B* C但三角翼逐渐成为超音速战斗机的主流，如幻影III
+ I) u# f" F+ E9 Q) c7 u
! N. q/ R/ \7 A/ J" q' N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。
9 y: l( g# ~* c& l# h$ e& U( ?
- ^' @0 G$ A9 k; T$ [6 w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。5 ?- n* I- S& b$ {  T" d/ s( Q/ b9 S

! c+ k* Q! T( b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。
- H7 t7 }1 d& h5 ~/ }% a* {' Z3 r7 }4 |

7 P8 S( j! Q0 x' ^3 p/ ]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# J' x+ R  ?6 x

# ?) K; G/ Y* j& V/ N  v. ^9 L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。) n( }" `# N* ]0 O8 d

0 c) e) |+ g# z) I3 G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。6 Z6 C& H( o: Q: g6 ^% k; b
& R2 ^/ U. @* j, E, N
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。
- a3 O" D# M: q  u. [
" c" _6 B8 x" H# f( ^" j8 ?, R
# V5 p( B7 f/ ?7 `/ M+ k在隐身时代，三角翼变身为菱形翼，如YF-23; }) P8 ]0 H  ^" K5 M1 q' v
" |% W! v1 O  v( ]4 n
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。- u0 s5 B' m  Z: k
  h; W: R/ l( ^+ L: Z$ h2 x) S8 R  m
) J" ?" ^; X2 O7 m
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* I- e$ @9 B. Y" ?
! b" s* a2 m. ?5 ]) @6 [( _2 _- T
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。) f, u8 G9 F3 G- F& w4 w0 L
- d: o/ O1 p' u9 Y
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。
3 ~& E4 m! H* ]" X+ {: k% t1 _% G
- j: w6 x6 B' r+ V/ i
1 o- Q, W/ ?8 B% y+ ]: ^$ `2 {6 R' j. t

$ t0 t7 j  d) h1 c- @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）# Z4 x* m  g# @. f( A' Y

- k7 `% Y5 p, H& p6 ^5 B5 z9 d
' J2 V2 Q& n' `  C  s+ Q- b0 ~6 N
) |( z1 d2 s8 \. G+ A$ F6 ~, `9 }" ~ 1 n4 a  {2 ?# J& E; u9 H
无尾飞翼也采用人字翼，如B-21（上）、RQ-180（下）$ b+ o( U7 N7 O0 J( T( S4 M

& G( P+ m, P- a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。
$ [/ I7 m0 Q) e; n) }8 P7 U; y: ?$ k: ?4 ~$ P& n
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。
; \( I  ]5 v* B. G* T" y' }9 d/ Y1 b! x

# |1 \( }7 l' ]+ u5 L人字翼的一个变异是八字胡翼，如X-47B; s$ Q4 Y5 m; Q1 L0 a# X: ^3 P
0 N$ i! `- ^  K2 C9 F/ b3 m8 C- @
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。
4 Q; h6 u8 x; L5 c: P( x$ G, L1 H0 Y7 q+ W& `
人字翼及其变异是很值得重视的新型机翼。/ g$ }( t( z* V7 j/ M
3 V) F& }0 H  W2 S! q' I

1 X7 t# u$ ~; W$ P% K7 [: J% c" b



欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2