设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 1057|回复: 0
打印 上一主题 下一主题

人字形机翼:战斗机机翼的新潮流

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2024-5-19 06:45:22 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。  t% ?( B$ i, K% z( F5 ]4 b, u

& x0 J6 w  u8 m0 P' j/ ?/ p% S' |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。
0 l: V) }5 `( t) F5 x+ g4 i
  X7 n- b; A0 S; u) T6 r1 _: z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。
3 S& K* z( X$ L$ Z4 O( N& m4 L* t# N8 }/ v+ ?- }4 z  h5 ?5 ~9 y/ o) h6 m
) P+ Y- u5 G1 W4 `% r2 B! 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
' J; I. H; u) X: X( `. J/ F. [4 x8 K) b, [4 d2 L4 B- z
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。5 `7 B4 K% a+ w% s6 ~
; L# r* b& d( _$ ~8 ~! O  V
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。
$ }7 T" a  \: Z) v2 z1 M- U9 G" X: Z" j; T" b

% G2 A. d4 G  }2 ?0 O9 N! I早期喷气战斗机大多采用后掠翼,如米格-15
7 g3 H4 l4 s/ J) N' n" v; L
. I5 P" B  N. u3 ]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。& J7 d; V4 F  h# F1 s6 h
, }( m# O6 {" [1 d. {. H
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。$ V& y8 ~9 T( \7 V6 H+ _5 M. |
4 }- l& h$ q( Y0 X; ?

$ Y- Q, {7 {' S; `8 s但三角翼逐渐成为超音速战斗机的主流,如幻影III
: ^' U+ K& A: E+ W0 v: o
4 X1 X; ~! r; f: q* |- c5 j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。8 e" o2 ?8 ^4 X2 y. \! c, {% }. Z; R

9 o! ~: a- I# j  B1 f! y, V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。! R- @  ]& s, R5 C5 L! |# ?( [
9 q* q  ^: R/ @! E4 H* `& v; M
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。) X. t/ y( I) R/ v2 u
7 a- J! p) A" V. v1 X  R$ j
3 U( W8 x3 }. v5 M' @
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$ \* T# }$ e& q, e: [
0 G1 C( M# @' n' F3 k! \6 y
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。
0 N% d, r) z/ s
: e7 W6 U( h9 ?+ I+ ^! s1 H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。
0 v( B( Z0 M2 v
6 D9 O8 p* _4 E# f4 y( X" j7 o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。4 R  k" `: ^; |5 W) p" m% ]

& l5 H% \- F5 i) e
9 U" E# @$ E, _1 _在隐身时代,三角翼变身为菱形翼,如YF-234 ]6 \) w( f6 ], h

0 c! w: w" e' q/ p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。
" V& o) Q- r  O
+ E' n- z) I7 @+ ?$ ^8 J
9 }/ l! R$ O5 v/ M6 j* T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
2 D% K2 z' C4 \$ Y& n- o6 U  d0 V3 ]
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。$ z7 z; r3 \  W4 h: K  g; e# ]7 n
4 R* g$ u; e; ^9 Q7 _5 Y4 h
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。
4 `; y: K6 o2 _5 R
2 ~+ H  |# X9 G$ K" K2 ^( c( u
' w; P* o, u% j( i( S6 I8 X3 [. t7 L5 Y; c5 r; g
2 J8 G/ @$ ?6 Q3 [8 P2 e  b6 }
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 Y1 M! V) v: T" o8 m# W) E0 H; O2 J$ e
' C' p0 m8 D  t2 f
) v: B4 Y0 H8 X- {5 ~' a. g
$ ^! X6 l7 u! H5 t* V  e
无尾飞翼也采用人字翼,如B-21(上)、RQ-180(下)
" s! a  |: m' u7 `' N& o
6 Q/ V* m7 h7 @3 y) ?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。0 K! p$ m2 e3 m) M& I. a+ z

' L' q) q5 {# ]  v/ w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。- |  C. s. {$ M# o- T
0 J: b4 n3 [- U7 P3 o

* g  P. K( r" A$ T& A* @$ N人字翼的一个变异是八字胡翼,如X-47B
8 E$ q$ J+ P/ K2 j2 X# \7 ~) S8 O" G) w( q
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。/ p7 G! v# N# ]: J8 S" |; D0 b7 T
5 O; R0 T& }2 g  [, c
人字翼及其变异是很值得重视的新型机翼。0 E- \9 @8 @  g* ~. E2 e8 Z3 t
8 U9 V8 E1 f+ \) g
# V% [- Y: V  ~) _2 A6 N& s! L

评分

参与人数 5爱元 +54 学识 +2 收起 理由
landlord + 12 涨姿势
住在乡下 + 6 涨姿势
老票 + 18 + 2 精彩
黑洞的颜色 + 10
长叶林 + 8

查看全部评分

手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

GMT+8, 2024-11-22 18:55 , Processed in 0.041294 second(s), 22 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表