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认识战斗机机翼

2011-07-20 20:52:13 本文行家:corbour

战斗机机翼的主要作用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还起一定的稳定和操纵作用。根据机翼的平面形状来区分,常用的有矩形翼、梯形翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边条翼等。根据机翼在机身的前后位置及作用可分为主机翼、尾翼(平尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼{又称鸭翼}。而根据主机翼与机身的角度不同来划分,又有前掠翼、后掠翼和可变后掠翼。

       战斗机机翼的主要作用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还起一定的稳定和操纵作用。根据机翼的平面形状来区分,常用的有矩形翼、梯形翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边条翼等。根据机翼在机身的前后位置及作用可分为主机翼、尾翼(平尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼{又称鸭翼}。而根据主机翼与机身的角度不同来划分,又有前掠翼、后掠翼和可变后掠翼。
现代飞机一般都是单翼机,但历史上也曾流行过双翼机( 两副机翼上下重叠)、三翼机和多翼机。根据单翼机的机翼与机身的连接位置,可分为下单翼、中单翼、上单翼和伞式上单翼(即机翼在机身的上方,由一组撑杆将机翼和机身连接在一起)。 
       下面从各个不同角度来认识一下战斗机常用的几类机翼。


       尾翼 


       尾翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置。尾翼一般分为垂直尾翼和水平尾翼。垂直尾翼由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成,它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用。垂直尾翼简称垂尾或立尾。根据垂尾的数目,飞机可分为单垂尾、双垂尾、三垂尾和四垂尾飞机。现在双垂尾布局的战斗机有些采用V形布局,例如美国的第四代战斗机F—22。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成,它在飞机土主要起纵向安定和俯仰操纵的作用。水平尾翼可简称平尾。有的飞机为了提高俯仰操纵效率,采用的是全动平尾,即平尾没有水平安定面,整个翼面均可偏转。有一种特殊的 V字形尾翼,它既可以起垂直尾翼的作用,也可以起水平尾翼的作用。水平尾翼一般位于主机翼之后。但也有的飞机把“水平尾翼”放在机翼之前,这种飞机称为鸭式飞机。此时,将前置“水平尾翼”称之为“前翼”或“鸭翼”。没有水平尾翼 (甚至没有垂直尾翼) 的飞机称为无尾飞机。这种飞机的俯仰操纵、方向操纵、滚转操纵均由机翼后缘的活动翼面或发动机的推力矢量喷管控制。



美国的F22采用V型双垂尾布局美国的F22采用V型双垂尾布局



    
       鸭翼


        鸭式布局:座舱两侧有两个较小的三角(后掠)翼,后边是一个大的三角翼。比如中国的歼10、歼20、欧洲EF2000都采用鸭式布局,是一种十分适合于超音速空战的气动布局。早在二战前,前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧,就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能,而且前翼和机翼可以同时产生升力,而不像水平尾翼那样,平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子,“鸭式布局”由此得名。采用鸭式布局的飞机的前翼称为“鸭翼”。战机的鸭翼有两种,一种是不能操纵的,其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼的前缘涡流,改善飞机大迎角状态的性能,也有利于飞机的短矩起降。真正有可操纵鸭翼的战机目前有中国的歼10 、欧洲的EF-2000、法国的“阵风”和瑞典的JAS-39等。这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外,还用于改善跨音速过程中安定性骤降的问题,同时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。在降落时,鸭翼还可偏转一个很大的负角,起减速板的作用。

采用鸭式布局的阵风战斗机采用鸭式布局的阵风战斗机


 

  


后掠翼

 
      机翼各剖面沿展向后移的机翼称为后族翼,这种机翼的外形特点是,其前缘和后缘均向后掠。机翼后掠的程度用后掠角的大小来表示。与平直机翼相比,后掠翼的气动特点是可增大机翼的临界马赫数,并减小超音速飞行时的阻力。飞机在飞行中,当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时,机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响,其速度将会超过音速,出现局部激波,从而使飞行阻力急剧增加。后掠翼由于可使垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度,因而与平直机翼相比,只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波( 即提高了临界马赫数),从而推迟了机翼面上激波的产生,即使出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻力。后掠角的缺点是扭转刚度差、升力线斜率较低、气流容易从翼梢处分离、亚音速飞行时诱导阻力较大等。


三角翼


      平面形状为三角形的机翼称为三角翼。与之相近的有双三角翼和切角三角翼。目前常用的主要是略有切角的三角翼。三角翼飞机出现于50 年代,其代表机型有美国的F—102、前苏联的米格— 21、 法国的“幻影”Ⅲ等。 大后掠角三角翼具有超音速阻力小、焦点随 M数变化小、结构刚度好等优点,适合于超音速飞行和机动飞行。三角翼的缺点是:在亚音速飞行状态,机翼的升力线斜率较低、诱导阻力较大、升阻比较小,从而影响飞机的航程和起降性能。


幻影2000的三角翼幻影2000的三角翼



 


变后掠翼

 
后掠角在飞行中可以改变的机翼称之为变后掠翼。在飞机的设计工作中,有一个不易克服的矛盾:要想提高飞行M数,必须选择大后掠角、小展弦比的机翼,以降低飞机的激波阻力,但此类机翼在亚音速状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。从空气动力学的角度讲,要同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短矩起降的要求,最好是让机翼变后掠,用不同的后掠角去适应不同的飞行状态。对变后掠翼的研究,始于 40年代,但直到 60年代,才设计出实用的变后掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固定的,外翼同内翼用铰链轴连接,通过液压助力器操纵外翼前后转动,以改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦比。变后掠翼的缺点是,结构和操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞机使用。美国的F—14战斗机是可变后掠翼的代表机型。

美国F14战斗机采用可变后掠翼技术美国F14战斗机采用可变后掠翼技术



  

       边条翼


        边条翼是 50 年代中期出现的一种新型机翼,一些第三代高机动战斗机采用了这种机翼,像美国的F—18和中巴合研的“枭龙”都采用边条翼。在飞机中等后掠角(后掠角 25度~45度左右) 的机翼根部前缘处,加装一后掠角很大的细长翼(后掠角65度~85度) 所形成的复合机翼,称为边条翼。在边条翼中,原后掠翼称为基本翼,附加的细长前翼部分称为边条。边条翼的气动特点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大时,气流就从边条前缘分离,形成一个稳定的前缘脱体涡,在前缘脱体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度的增加,还使外翼段的气流受到控制,在一定的迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了机翼的临界迎角和抖振边界,保证飞机具有良好的亚、跨音速气动特性。在超音速状态下,由于加装边条后,使内翼段部分的相对厚度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。另外,边条的存在,还可使飞机在跨音速和超音速飞行时的全机焦点后移量减小,导致飞机的配平阻力降低。因此,这种机翼也具有良好的超音速气动特性。边条翼的缺点是,在小迎角范围内,其升阻特性不如无边条的基本翼好;它的力矩特性也不理想,力矩曲线随迎角的变化呈非线性。

采用边条翼的美国F18战斗机采用边条翼的美国F18战斗机







 

阵风战机的翼身融合技术阵风战机的翼身融合技术

 

      翼身融合
 
      一般的翼身组合体是由机翼与机身两个部件接合而成的。在机翼与机身的交接处,机身的侧面与机翼表面构成直角(或接近于直角),这样的组合,由于浸润面积大,阻力也较大。为了减少翼身组合体的阻力,有些飞机在机翼与机身的交接处增装了整流带( 亦称整流包皮),使二者间圆滑过渡。在设计上,整流带一般是不承受载荷的,但在飞行时,它很难不受气动力的影响,因此,往往会发生变形等问题。后来,研究人员根据翼身整流带的优缺点,提出了翼身融合体的概念,即把飞行器的机翼和机身合成一体来设计制造,二者之间没有明显的界限。翼身融合体的优点是结构重量轻、内部容积大、气动阻力小,可使飞机的飞行性能有较大改善。后来还发现,由于消除了机翼与机身交接处的直角,翼身融合体也有助于减小飞机的雷达反射截面积,改善隐身性能。这一设计的典型代表是法国的“阵风”战斗机。翼身融合体的缺点是:外形复杂,设计和制造比较困难。 
 
      前掠翼
      另外,还有一些战斗机采用了前掠翼技术,与后掠翼相反,前掠翼的外形特点是前缘和后缘均向前掠。这种战机目前仅仅停留于验证阶段。

S-37“金雕”S-37“金雕”


 
  

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