最新飛機(jī)機(jī)翼知識(shí)

1、最新飛機(jī)機(jī)翼知識(shí)飛機(jī)機(jī)翼介紹一：平直翼C-130這樣帶一點(diǎn)錐度的機(jī)翼也算平直翼最簡(jiǎn)單的機(jī)翼是平直翼，機(jī)翼前后緣和機(jī)身垂直，機(jī)翼從里到外一樣寬。這樣的機(jī)翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，產(chǎn)生升力的效率較高，但阻力也較大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。為了均衡升力的分布，并改善機(jī)翼的受力設(shè)計(jì)和降低重量，平直翼可以帶一點(diǎn)錐度，從里到外逐漸變窄，改善升力分布，是更多的升力產(chǎn)生在靠近翼根的部位，縮短力臂，降低翼根應(yīng)力。低速、簡(jiǎn)單的小飛機(jī)可以用簡(jiǎn)單平直翼以降低制造成本，但稍微有點(diǎn)追求的平直翼飛機(jī)大多帶一定的錐度。帶錐度的平直翼可以前緣略帶后掠，也可以后緣略帶前掠，兩者在氣動(dòng)上有一點(diǎn)差別，但不改變都是平直翼的本質(zhì)。

2、當(dāng)速度大幅度提高后，平直翼阻力大的缺點(diǎn)就比較明顯，尤其在速度接近聲速的時(shí)候。飛機(jī)前行的時(shí)候，飛機(jī)對(duì)前方空氣產(chǎn)生壓力，就好像船行時(shí)船首在前方推開(kāi)波浪一樣。壓力波以聲速一層一層地向外傳遞，聲速是空氣性質(zhì)的分界線。亞聲速飛行時(shí)，前方空氣在壓力波推動(dòng)下有序地向兩側(cè)讓開(kāi)飛機(jī)。然而，但飛機(jī)速度達(dá)到聲速時(shí)，壓力波不再可能趕在飛機(jī)前面把前方空氣有序地向兩側(cè)分開(kāi)。相反，壓力波擠到一起，密度劇增，像堅(jiān)硬的石墻一樣。跨聲速飛行的飛機(jī)頂著一大片看不見(jiàn)的石墻飛行，難怪阻力激增，這就是聲障的由來(lái)。飛機(jī)機(jī)翼介紹二：后掠翼英國(guó)“閃電”、美國(guó) F-100、蘇聯(lián)米格-19 是第一代后掠翼的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)這看不見(jiàn)的石墻也稱激波。激波

3、的鋒面在正好是聲速的時(shí)候是平直的。隨著速度的增加，激波的鋒面變成圓錐形，錐的后傾角度隨速度增加而增加，鋒面背后的空氣重新回到亞聲速。如果平直的機(jī)翼像燕子的翅膀一樣后掠，“躲”到機(jī)頭引起的激波鋒面的背后，就可以避免機(jī)翼本身引起的激波阻力。德國(guó)人阿道夫布斯曼在30年代就提出了后掠翼，只是沒(méi)有引起當(dāng)時(shí)人們的重視而已。事實(shí)上，后掠翼避免機(jī)翼本身引起激波阻力的作用在飛機(jī)速度還沒(méi)有達(dá)到超聲速時(shí)已經(jīng)體現(xiàn)出來(lái)了。機(jī)翼是通過(guò)對(duì)上表面氣流加速以形成上下表面氣流的速度差、進(jìn)而導(dǎo)致壓力差而產(chǎn)生升力的。在高亞聲速時(shí)，機(jī)翼上表面氣流速度可以超過(guò)聲速。采用后掠翼的話，迎面氣流按后掠角分解成垂直于機(jī)翼前緣的分量(法向分量)和

4、平行于機(jī)翼前緣的分量(展向分量)，法向分量產(chǎn)生升力，展向分量不產(chǎn)生升力。后掠角等于零時(shí)，法向分量和迎面氣流相等;后掠角越大，法向分量越小。也就是說(shuō)，通過(guò)使用合適的后掠角，高亞聲速飛機(jī)的機(jī)翼上表面氣流在法向可以降低到聲速以下，避免激波阻力。后掠翼大量使用在跨聲速(0.8-1.2 倍聲速范圍內(nèi))和高亞聲速飛機(jī)上，像殲-6 戰(zhàn)斗機(jī)、各種波音和空客客機(jī)。后掠翼的制造比平直翼要麻煩，翼根不僅要承受機(jī)身重量帶來(lái)的應(yīng)力，還要機(jī)翼上揚(yáng)造成的向前扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力，需要大大加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，帶來(lái)較大的重量。飛機(jī)機(jī)翼介紹三：三角翼后掠翼機(jī)翼后緣的“鏤空”部分填補(bǔ)起來(lái)，就成為三角翼，這是美國(guó) F-106如果把后掠翼“鏤空”的后半填

5、起來(lái)，機(jī)翼后緣拉直，變成三角翼，翼根的受力情況就接近于平直翼，容易處理多了。在同樣翼展下，三角翼的翼面積更大，升力更大;翼根更長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)上需要的加強(qiáng)越少，同樣翼面積時(shí)重量更輕。另一方面，機(jī)翼的阻力特征由相對(duì)厚度決定，也就是機(jī)翼的實(shí)際厚度和弦長(zhǎng)(機(jī)翼前后緣之間的距離)之比。實(shí)際機(jī)翼的厚度和弦長(zhǎng)隨不同翼展位置而變化，所以一般取 1/4 翼展處的厚度和弦長(zhǎng)之比。三角翼的翼弦較長(zhǎng)，在相對(duì)厚度不變的情況下，實(shí)際厚度較厚，既簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造，有利于減重;又增加翼內(nèi)容積，有利于增加機(jī)內(nèi)燃油容量。50 年代后，超聲速飛機(jī)采用大后掠翼的越來(lái)越少了，大多采用三角翼。殲-8II、殲-10 都是三角翼，歐洲的“臺(tái)風(fēng)”

6、、“陣風(fēng)”、“鷹獅”也是三角翼。飛機(jī)機(jī)翼介紹四：梯形翼采用短粗的梯形翼也可以達(dá)到超聲速減阻的作用，這是美國(guó) F-5但是三角翼沒(méi)有一統(tǒng)天下。超聲速飛行時(shí)，機(jī)翼只要“躲”在激波錐的鋒面之后，就可以避免產(chǎn)生激波阻力。也就是說(shuō)，翼展較短的機(jī)翼也同樣可以達(dá)到降阻的作用。為了盡量增加翼面積以保證提供足夠的升力，機(jī)翼的弦長(zhǎng)可以增加，甚至把平直的后緣前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角減阻，但大后掠角帶來(lái)較大的展向分量，造成升力損失，尤其在低速的時(shí)候，大后掠角使很大一部分迎面氣流都“溜肩”損失掉了，造成低速時(shí)升力不足的問(wèn)題，所以大后掠翼飛機(jī)的起飛、著陸速度一般比較高，機(jī)動(dòng)性不夠好。三角翼也有同樣的問(wèn)題。相比

7、之下，梯形翼不靠后掠角減阻，所以機(jī)翼前緣的后掠角可以較小，在性質(zhì)上更加接近同樣翼展下的平直翼，升力較好。不過(guò)梯形翼的翼展受到限制，所以最后結(jié)果并不一定優(yōu)于大后掠翼或者三角翼。和三角翼相比，梯形翼的使用比較少，但還是有一些忠實(shí)的信徒，尤其是諾斯羅普，F(xiàn)-5 和 F-18 都是梯形翼。洛克希德的 F-104 也是梯形翼，但 F-22 已經(jīng)超出傳統(tǒng)梯形翼，而是介于梯形翼和三角翼之間了。飛機(jī)機(jī)翼介紹五：變后掠翼俄羅斯的圖-160 是世界上最大的變后掠翼飛機(jī)，也是最后一種變后掠翼飛機(jī)大后掠翼、三角翼、梯形翼的起飛、著陸速度和機(jī)動(dòng)性都不及平直翼，但平直翼的高速飛行阻力太大，那通過(guò)機(jī)械手段，使機(jī)翼的后掠角可

8、以在飛行中按需要隨意改變，豈不兩全其美?這就是變后掠翼的由來(lái)。變后掠翼的概念看似簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)問(wèn)題一大堆。首先有飛行穩(wěn)定性的問(wèn)題。隨著機(jī)翼后掠角的增加，升力中心逐步后移，很快就有升力中心遠(yuǎn)離重心的問(wèn)題，即使超級(jí)巨大的平尾能壓住，也將帶來(lái)巨大的阻力，得不償失。為了減小升力中心的移動(dòng)，變后掠翼只能一分兩段，鉸鏈設(shè)置在固定的內(nèi)段外側(cè)，而活動(dòng)的外段減小，犧牲變后掠翼的效果來(lái)簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)。蘇-17 為了最大限度地減小飛行穩(wěn)定性問(wèn)題，活動(dòng)段只占翼展的一半;F-14 的活動(dòng)段比例大一點(diǎn)，但依然有一個(gè)很大的固定段。變后掠翼還有很多具體問(wèn)題：翼下起落架不容易找地方生根，活動(dòng)段內(nèi)無(wú)法設(shè)計(jì)翼內(nèi)油箱使總的翼內(nèi)油箱空間

9、大減，翼下武器掛架需要隨活動(dòng)段同步轉(zhuǎn)動(dòng)才能保持掛載的武器指向前方，加上變后掠翼固有的機(jī)械問(wèn)題，變后掠翼最后會(huì)變的很重，極大地抵消了變后掠翼的氣動(dòng)優(yōu)勢(shì)。在 60-70 年代曇花一現(xiàn)之后，變后掠翼現(xiàn)在很少采用了，1981 年首飛的圖-160 是最后一種新投產(chǎn)的變后掠翼飛機(jī)。飛機(jī)機(jī)翼介紹六：前掠翼空氣只對(duì)機(jī)翼的“掠”感興趣，前掠還是后掠并不重要，所以機(jī)翼也可以前掠，這是俄羅斯的 S-37 研究機(jī)大后掠翼和三角翼通過(guò)后掠角減阻，但空氣其實(shí)只對(duì)這個(gè)斜掠的角度感興趣，對(duì)機(jī)翼是后掠還是前掠是不在乎的。那前掠翼有什么好處呢?前掠翼上氣流的展向流動(dòng)是向內(nèi)的，機(jī)體將最終自然阻止展向流動(dòng)，提高機(jī)翼產(chǎn)生升力的效率。更

10、重要的是，前掠翼極大地推遲了翼尖失速的問(wèn)題。空氣是有粘性的，這個(gè)粘性在機(jī)翼表面形成一個(gè)邊界層(也稱附面層)，在邊界層內(nèi)氣流呆滯，產(chǎn)生升力的效果受到損失。在大迎角飛行時(shí)，氣流沿后掠翼的展向流動(dòng)，導(dǎo)致邊界層向翼尖堆積，造成翼尖首先失速，引起升力中心向翼根方向移動(dòng)，造成機(jī)頭進(jìn)一步上揚(yáng)，最終導(dǎo)致整個(gè)機(jī)翼失速。前掠翼則不同，翼尖處于“干凈”的氣流中，邊界層堆積發(fā)生在翼根，升力損失小，而且副翼保持有效的橫滾控制。前掠翼要到差不多整個(gè)機(jī)翼都失速的時(shí)候，才有翼尖失速的問(wèn)題，比后掠翼進(jìn)入失速要晚很多，有利于增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性。不過(guò)前掠翼也有一個(gè)本質(zhì)缺陷：就是氣動(dòng)彈性發(fā)散問(wèn)題。機(jī)翼不是剛性的，是有一定的彈性的。氣流流過(guò)翼

11、面產(chǎn)生升力，升力作用于機(jī)翼，因此翼尖有一個(gè)以翼根為支點(diǎn)上扭的趨勢(shì)。由于前掠翼的支點(diǎn)在翼尖之后，前掠翼的翼尖有一個(gè)天然的向后上方扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，上揚(yáng)導(dǎo)致局部機(jī)翼迎角增加，產(chǎn)生更大的升力，進(jìn)一步加劇向后上方的扭轉(zhuǎn)。如果不加控制，結(jié)構(gòu)很快會(huì)由于過(guò)度扭曲而損壞。后掠翼的支點(diǎn)在翼尖之前，翼尖在升力作用下有一個(gè)天然的向前上方扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，局部迎角減小，就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。在早期，由于材料的限制，前掠翼無(wú)法解決氣動(dòng)彈性發(fā)散問(wèn)題，后掠翼成為唯一的選擇。復(fù)合材料出現(xiàn)之后，可以通過(guò)所謂“氣動(dòng)彈性剪裁”，也就是通過(guò)纖維走向的巧妙安排，使結(jié)構(gòu)剛性在法向高于展向，巧妙地克服氣動(dòng)彈性發(fā)散引起的問(wèn)題。飛機(jī)機(jī)翼介紹七：斜翼既然前掠、后

12、掠都沒(méi)有關(guān)系，那一邊前掠、一邊后掠也是可以的，這就是斜翼，這是美國(guó)的 AD-1 研究機(jī)后掠翼和前掠翼都是對(duì)稱的，要么兩側(cè)一起后掠，要么兩側(cè)一起前掠。但從減阻的角度來(lái)說(shuō)，沒(méi)有理由不可以一側(cè)前掠，一側(cè)后掠，形成不對(duì)稱的斜翼。和后掠翼、前掠翼相比，斜翼沿機(jī)身軸線的總橫截面積分布比較均勻，有利于滿足跨聲速面積律，降低跨聲速阻力。固定的斜翼有優(yōu)越性，但變后掠的斜翼才是閃光點(diǎn)。傳統(tǒng)的變后掠翼很為鉸鏈位置而苦惱，但變后掠的斜翼的鉸鏈只有一個(gè)理想位置：正中間，其他位置都是畫(huà)蛇添足。由于兩側(cè)的重量是平衡的，變后掠的斜翼在機(jī)械設(shè)計(jì)上還簡(jiǎn)單了一點(diǎn)，這就好比兩手向外平伸直接提桶和肩上挑擔(dān)的差別。在氣動(dòng)上，斜掠角的變化

13、也使升力中心的移動(dòng)大體不變，簡(jiǎn)化了飛行穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。飛機(jī)機(jī)翼介紹八：翼梢小翼翼梢小翼不光有向上翻的，還可以向下垂，這是 A320 的小翼平直翼、后掠翼、前掠翼、斜翼，這些都是直邊緣的機(jī)翼形狀。機(jī)翼的一個(gè)大問(wèn)題是翼尖繞流。由于機(jī)翼靠下翼面壓力高于上翼面壓力產(chǎn)生升力，翼尖作為機(jī)翼的盡頭，下翼面的高壓氣流可以側(cè)向繞過(guò)翼尖，向上翼面卷過(guò)來(lái)。這個(gè)“漏氣”的通道不僅造成升力損失，還形成拖在飛機(jī)后面的渦流。如果不產(chǎn)生推力，飛機(jī)傳遞到空氣中的一切能量都形成阻力，翼尖渦流就是飛行阻力的一個(gè)很重要的部分。合理設(shè)計(jì)升力分布，使靠近翼尖的地方較少產(chǎn)生升力，翼尖繞流產(chǎn)生的阻力就自然減小，橢圓形機(jī)翼就是這么一個(gè)思路，二戰(zhàn)

14、中英國(guó)“噴火”式戰(zhàn)斗機(jī)那著名的橢圓形機(jī)翼就是這么來(lái)的。橢圓翼的一個(gè)自然延伸就是圓形翼。圓形翼不僅使升力產(chǎn)生的部位向翼根集中，還更加符合面積律，尤其是在沒(méi)有機(jī)身的圓形飛翼的情況下。這種飛盤不僅在理論上適合從懸停到超聲速的所有速度范圍，還是科幻人士的最愛(ài)，是飛機(jī)設(shè)計(jì)中難以釋懷的一個(gè)理想設(shè)計(jì)，不過(guò)飛行控制的問(wèn)題比較難解決，不僅控制力臂很短，發(fā)動(dòng)機(jī)、噴口、控制面的設(shè)計(jì)都要重新考慮。解決翼尖繞流的另一個(gè)方法是用翼梢小翼，這是豎立在翼尖的垂直小翼，直接阻止翼尖繞流。在氣動(dòng)上，翼梢小翼相當(dāng)于延長(zhǎng)了有效翼展，增加了升力。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑?，翼梢小翼可以達(dá)到超過(guò)實(shí)際“翼展”的有效翼展，但翼梢小翼也增加了阻力和重量，還

15、帶來(lái)了翼面轉(zhuǎn)接處的氣動(dòng)干擾阻力。翼梢小翼可以同時(shí)往上下延伸，也可以只往上延伸，兩者之間的選取自然是增升和減重、減阻之間的權(quán)衡。在老設(shè)計(jì)挖潛的情況下，或者在翼展受到機(jī)場(chǎng)條件限制情況下，翼梢小翼是很有效的作法。但全新設(shè)計(jì)機(jī)翼時(shí)，增加翼展常常更加簡(jiǎn)潔有效。飛機(jī)機(jī)翼介紹九：C 形翼和搭接翼翼梢小翼也是有翼尖繞流的，把小翼頂端折起來(lái)，就形成了 C 形翼把 C 形翼的頂端連接起來(lái)，就成為矩形翼，這已經(jīng)有點(diǎn)回歸雙翼的意思了翼梢小翼實(shí)際上也是有翼尖繞流的問(wèn)題的，不過(guò)繞流發(fā)生在翼梢小翼的頂尖上而已，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通常的翼尖繞流。為了削弱這個(gè)繞流的影響，翼梢小翼可以進(jìn)一步發(fā)展成為 C 形翼，也就是加大翼梢小翼，在頂

16、尖上再向內(nèi)側(cè)水平延伸，好像健美人士卷起雙臂展示肌肉一樣。C 形翼的翼梢小翼部分可以兼作垂尾，具有可動(dòng)的垂直控制面，而頂上的水平部分則可兼作平尾，具有水平的控制面。當(dāng)然，由于距離飛機(jī)重心的力臂較短，控制效果不如真正在機(jī)尾的垂尾和平尾。C 形翼的效果和問(wèn)題都比翼梢小翼更加放大一點(diǎn)，還是一個(gè)增升和減重、減阻之間權(quán)衡的問(wèn)題。飛機(jī)機(jī)翼介紹十：環(huán)形翼但機(jī)翼也可以是環(huán)形的，這是法國(guó) C-450 研究機(jī)翼梢小翼、C 形翼、矩形翼、搭接翼都已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的平面翼范疇，古老的雙翼(還有三翼)也是一樣，不過(guò)最特別的非平面翼或許是環(huán)形翼。環(huán)形翼像一個(gè)短粗的空心筒子，上下圓弧部分產(chǎn)生升力，左右圓弧部分阻隔翼尖繞流，并提

17、供方向穩(wěn)定性。環(huán)形翼不存在橫滾穩(wěn)定性的問(wèn)題，但環(huán)形翼最大的特別之處在于轉(zhuǎn)彎。常規(guī)平面翼的飛機(jī)需要先橫滾到一定的角度，然后拉高迎角，通過(guò)斜向升力的向心水平分量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。環(huán)形翼不需要橫滾，可以直接指向所需要的迎角，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。這不光是操作習(xí)慣上的一個(gè)改變，也省卻了橫滾的步驟，在理論上可以提高機(jī)動(dòng)性。另外一個(gè)特別的是，平面翼飛機(jī)需要急轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要拉很大的橫滾角，并增大迎角以補(bǔ)償升力損失。環(huán)形翼不管怎么轉(zhuǎn)彎，在橫向指向的同時(shí)，一方面產(chǎn)生斜向升力的向心水平分量力用于轉(zhuǎn)彎，另一方面上下的圓弧段依然在提供升力，不會(huì)因?yàn)槠矫嬉盹w機(jī)在急轉(zhuǎn)彎時(shí)機(jī)翼幾乎側(cè)立而導(dǎo)致嚴(yán)重升力損失和失速的問(wèn)題，也就是說(shuō)，可以放心大膽地急轉(zhuǎn)

18、彎，增加機(jī)動(dòng)性的容限。但環(huán)形翼的翼展不容易增加，否則將成為大而無(wú)當(dāng)?shù)木薮髨A筒，在設(shè)計(jì)和制造上帶來(lái)很多陌生的問(wèn)題;水平起落時(shí)起落架的設(shè)計(jì)也很困難，人員和貨物的裝卸困難就不提了，不過(guò)機(jī)身不在環(huán)形翼的圓心，而在圓弧的底部，可以避免很多這樣的問(wèn)題。在環(huán)形翼和矩形翼之間，當(dāng)然可以有橢圓環(huán)翼，其特點(diǎn)也介于環(huán)形翼和矩形翼之間。飛機(jī)機(jī)翼介紹十一：串列翼魯坦的“海神之子”超長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)也是串列翼雙翼有兩個(gè)翼面，但這兩個(gè)翼面既可以一上一下，也可以一前一后，也就是串列翼。串列翼可以看作極大加大的鴨翼，但鴨翼主要用于產(chǎn)生配平和俯仰控制力矩，而串列翼的前翼主要是用于產(chǎn)生升力的。串列翼通常在上下方向也錯(cuò)開(kāi)一點(diǎn)，通常是前翼下置，后翼上置，這樣前翼的下洗氣流不至于對(duì)后翼造成不利影響。但如果設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑?，也可以有意識(shí)地利用前翼的下洗氣流為后機(jī)翼上表面的氣流加速，增強(qiáng)后