可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)

飞机最开始的机翼,是矩形的平直翼,因为这样加工最简单,后来发现矩形机翼的升力分布不好,就是说机翼的不同区域产生的升力不一样,尤其是翼尖,这里有些区域几乎没有产生升力或者升力很小,不产生升力还白占重量,还额外产生阻力,这肯定要改进,通过数学计算推导,确定机翼边缘为椭圆时,阻力最小,升力相对最大。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(1)

满满的美感

二战时,很多优秀战机都是椭圆翼,看起来工业感满满,逼格更高。干过机加工的都懂,图纸设计和现场加工永远是一对敌人,在二战时候,要做出椭圆机翼,还要保证强度,是很麻烦的,生产工艺繁琐,费时费力,在结构设计师、工艺设计师、生产工人的强烈反对下,又重新改进,最后发现梯形翼的梢根比(翼尖宽度与翼根宽度的比)在0.4~0.5之间的时候,性能和椭圆翼相差无几。从此梯形翼就代替了椭圆翼,直到现在。如A10。它们都属于平直翼。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(2)

标准的梯形翼

优点:低速性能优异,可以以很低的速度起飞和着陆,起降距离短。

缺点:阻力大,飞不快,最快的平直翼飞机也只能到700km/h左右,再想提速的话很费劲,对机翼强度要求也很大。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(3)

直翼阻力太大

人们想尽各种办法,拼命想突破音速,终于发现了叫音障的东西,它就像一个无形的大手,阻挡着人们超音速,这就是激波阻力,这个力甚至能把飞机撕碎。后来,布兹曼在德国研究时发现后掠翼可以推迟激波的产生,把飞机速度向前提了一大步。于是大名鼎鼎的Me 262诞生,杀敌500,才自损100,二战后,美苏开始抢这些科技成品,苏联抢走了图纸,弄出了米格15,美国抢走了人,设计出了F86,飞机正式进入后掠翼时代

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(4)

后掠翼时代的开创者

后掠翼使气流分解,垂直于机翼前缘流动和沿前缘流动,这使大量附着于机翼表面的气流流向翼尖,并产生堆积现象,使机翼上下气压差减小甚至消失,于是升力就减小了,这就是翼尖失速。高速气流的流动是一门玄学,没有太大的规律性,两边翼尖并不是同时失速,而是随机发生,这就出现了不定时的两边机翼升力不一样的现象,使飞机摇摆,甚至翻滚,造成事故。

为了避免翼尖失速,就必须不让气流流向翼尖,于是,机翼上出现翼刀,强制阻止气流流向机翼。但在进行高速大仰角机动,尤其是机翼倾斜不规则运动时,附面层气流还是难免会绕过翼刀,那么用翼刀来阻止附面层气流也就不怎么好用了。另外,翼刀在战斗机水平机动时就相当于几块减速板,会导致飞机水平机动能力上差一些。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(5)

米格17的三对翼刀

美国解决翼尖附面层采用的是前缘缝翼布局,这种布局在机翼附面层的处理上要比翼刀更为显著,但控制起来也要复杂很多。前缘缝翼的缺点就是战机垂直爬升时,仰角更大的缝翼同样起到了减速板的作用,在垂直方向的爬升性能会受到影响,所以采用翼刀的米格-15垂直爬升性能强,而同时代美国的F-86“佩刀”则是水平机动性强。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(6)

前缘缝翼

后掠翼缺点:朝后延伸的机翼,升力使机翼产生一个以翼根为转轴的扭矩,对结构强度要求很高,尤其是翼尖,这里变形量最大。飞机左右翻滚时,需要靠副翼来实现,根据力学原理,翼尖处的副翼作用力矩最大,但是,这里的变形量也最大。副翼向下偏,产生的扭矩却使翼尖变形向上偏,正好相反,最终就会使副翼的升力消失,这就是副翼失效现象,解决办法是用两片副翼,高速副翼和低速副翼,高速副翼在内侧,低速副翼在外侧,这样就解决了副翼失效问题。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(7)

为了避免后掠翼的缺点,机翼朝前的前掠翼就出来了,最出名的就是俄罗斯的苏47金雕了,这种机翼气流是从翼尖流向翼根,翼根失速问题不大,但是最致命的问题是,机翼的升力让机翼产生变形,使机翼迎角变大,迎角变大,升力就更大,进而导致机翼变形量更大,接着又迎角就更大,走进了死循环,对机翼强度要求极其变态,再加上一些不清楚的原因,前掠翼最终没有投入使用。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(8)

帅到掉渣的金雕

前后掠翼都对结构强度要求很高,尤其是在高速飞行下对强度要求更加明显,于是三角翼出现,一看图片大家就会觉得三角翼更加敦实,而且三角翼大后掠的前缘可以推迟激波的产生,提高飞行速度,但是它升力系数小,低速性能不好,滑翔性能差,降落比较困难。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(9)

幻影2000

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(10)

三角翼极其适合高速

随着空气动力学的发展,人们逐渐发现了涡流的作用,空气在接触物体突起边缘时容易形成涡流,当涡流从主翼上方经过时,形成低压区,加大了机翼上下方的压力差,达到了增大升力的效果。在主翼前方加一个后掠角极大的突起(边条)来拉出涡流,于是边条翼诞生,比如F16,苏27,最夸张的就属F18了。这些边条翼拉出的涡流很好地增加了升力,提高了低速性能,所以苏27可以很自在地伴飞慢吞吞的螺旋桨飞机,并保持很好的机动性,时不时来个翻滚,切个发动机啥的,而采用三角翼的J8,伴飞老美的侦察机时,几乎没有躲闪能力。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(11)

F18的超大边条翼

三角翼适合高速,平直翼适合低速,能不能同时满足这两个要求呢?于是变后掠翼就横空出世了。高速飞行时变成大后掠角,低速飞行(起降)时变成平直翼,苏联的米格23是手动档,美国的F14,F111是自动档。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(12)

F14雄猫

可变后掠实现了高低速兼顾,但是结构工程师却哭了,飞机设计,可以说是以克为单位细扣重量的,而F14的可变后掠装置,足足增加了800公斤的体重,而且F14机翼下不敢挂导弹,日常维护和成本也高得吓人,于是火了一阵子后,就没有然后了,并不是F14太先进没有对手了才退役。

现在常规布局基本都是后掠翼,然后再加一个尾翼,出乎很多人的意料,尾翼产生的力是朝下的,因为后掠主机翼产生升力的同时,也产生了以翼根为转轴,使机头朝下压的力矩,为了抵消这个力矩,尾翼必须向下压才能使飞机达到平衡,如果后掠翼飞机的尾翼被打坏,它是会直接一头栽下去的。

飞机都是尽力朝上产生升力,尾翼却朝下压,这就减少了飞机整体的升力,于是尾翼前置,也就是鸭翼的好处就出现了,鸭翼是产生升力的,主机翼也产生升力,这样整体效率更高,而且鸭翼也是一个涡流发生器,使主机翼的升力增大,即使发动机动力稍弱,也能产生不错的升力和载荷。比阵风。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(13)

并不强劲的发动机,却能实现大挂载

鸭翼的难点在于难以控制,飞机很不稳定,操作杆动一下,飞机能动三下,后来靠无数次的风洞试验才摸清它的脾气,配合强大的飞控软件才解决了它难以驯服的缺点,这种布局,瞬时机动性能强大,能快速地将机头指向目标,抢先瞄准开火。

可变后掠翼的技术难度(平直翼后掠翼前掠翼)(14)

你还知道哪些机翼布局呢?欢迎大神在评论区指正赐教。

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