《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

2019-11-06 10:33来源: 科普中国-军事科技前沿

飞机机翼的几何形状对飞机飞行性能的影响是非常大的,不同的时代人们往往采用不同外形的机翼。

监制:战钊/ 制片:金赫/策划:赵清建/ 军事顾问:傅前哨/ 摄像:张佳兴/剪辑:郝培成

  大家好,欢迎收看科普中国《军事微课》。我是傅前哨,今天我给大家介绍一下机翼平面形状的发展。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  飞机机翼的几何形状对飞机飞行性能的影响是非常大的,不同的时代人们往往采用不同外形的机翼。最早是采用矩形翼, 形状方正,这样的机翼制造工艺较为简单,但是气动特性和结构强度较差。二战期间,很多飞机的机翼改为梯形翼、椭圆形翼或者是在矩形翼的翼尖上做一些相应的修正,从而改善气动特性。

  二战期间,随着军用技术的发展,特别是喷气式技术的发展,出现了最早的喷气式军用飞机,比如说德国的ME262、英国的“流星”等。二战结束之后,战斗机也好,轰炸机也好,才真正进入喷气时代,诞生第一代喷气式战斗机。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  比如,朝鲜战争期间所使用的美国的F-80、F-84、F-86,以及苏联研制的米格-15、米格-15比斯,这些拥有较高机动能力的,第一代喷气式战斗机,有一些实际上是一个过渡的机型。F-80、F-84开始设计的时候,它们的机翼跟二战期间的战斗机没有太大的差异,依然采用的是张臂式的直机翼。 到了后来F-84才改成了更加适合高速飞行的后掠翼。而苏联的米格-15和米格-15比斯以及后来的米格-17,采用的都是后掠翼。它有助于降低高亚音速飞行时的飞行阻力,让激波推迟产生。朝鲜战争结束,人们通过对战争经验的总结,开始开发第二代的喷气式战斗机。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  第二代喷气式战斗机,机翼多半采用后掠翼、三角翼、梯形翼。三角翼的前缘后掠角较大,可大幅降低激波阻力,因此适合高空高速飞行。像法国的幻影lll、瑞典的萨博-35、以及苏联的米格-21,英国的“闪电”等等。 也有些飞机采用的是小面积的梯形翼设计,比如说美国的F-104,它的机翼面积小,而且机翼的翼剖面很薄。

  到了二代机的后期,人们发现仅仅追求高空、高速还不行,因为机翼的后掠角越大,激波阻力虽然越低。但是升阻比大幅度降低,它的低速性能变差,尤其它的起降性能降低的太多,起飞滑跑距离往往要一千多米,这是很难适应现代战争需要的。因此在第二代战斗机的后期,人们发展出了新的机翼叫变后掠翼。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  变后掠翼的前缘后掠角可以变化,机翼可以活动。机翼向前转时,前缘后掠角减小,低速性能较好,巡航性能较好,能够缩短飞机的起降滑跑距离,增大航程。但它的结构重量较大,且操纵控制较为复杂,因此很多轻型战斗机不适合使用这项技术。

  通过越南战争的战争考验,人们对第二代战斗机的优缺点有了明确的思索,从而对一些设计要求提出了新的指标,由此诞生出了第三代战斗机。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  第三代战斗机的特点是采用边条翼的方案比较多,比如美国的F-16、F/A-18,俄罗斯的米格-29、苏-27,都采用边条翼设计,就是在机翼翼根加上一块前缘后掠角非常大的一个小边条,形成一个很强的旋转脱体涡,通过这个脱体涡来改善飞机的机动状态下的升力,从而使这些战斗机的机动能力,特别是近距格斗能力有了大幅度的提升。

  那么到了第四代战斗机的时候,不仅仅强调速度,也不仅仅强调机动性, 还要强调隐身性能。第四代隐身战斗机,机翼几乎无一例外地采用了面积较大的梯形翼设计,而且这种梯形翼设计,前缘后掠角中等,后缘后掠角不为零度。这样的战斗机目前世界上只有五种,美国的F-22,F-35,俄罗斯的T-50以及中国的歼-20和FC-31。

《战机的翅膀》③多变的机翼形状如何影响飞行性能?

  那么仔细观察一下,它们的机翼基本上采用的都是这种梯形翼设计。但是为了改进机动性能,这些梯形翼的面积一般来讲都比较大,以便降低它的翼载荷,提升起降性能和机动性能。

  未来的机翼会向哪个方向发展呢?欢迎大家继续关注科普中国《军事微课》,下一期我将给大家介绍机翼的强度。

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