战斗机机(jī)翼的主要作用是产生升力,以(yǐ)支(zhī)持飞(fēi)机(jī)在空中飞行(háng)。它还起一(yī)定(dìng)的稳定和操纵(zòng)作用。根据机(jī)翼的平面形(xíng)状来区分,常用的有(yǒu)矩形翼、梯形翼、三角翼、双(shuāng)三角翼、箭形翼、边条翼等。
根据机翼在机身的前(qián)后(hòu)位(wèi)置及作用可分为主机翼(yì)、尾(wěi)翼(平(píng)尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼(yì){又称鸭(yā)翼}。而根据主机翼与机身的(de)角度不同来划分,又有(yǒu)前掠翼、后(hòu)掠翼和(hé)可变后掠翼。
现代飞机(jī)一般(bān)都是单翼(yì)机,但历(lì)史上也曾流行过双(shuāng)翼机( 两(liǎng)副机翼(yì)上下重(chóng)叠)、三(sān)翼机和(hé)多翼机。根据单翼机的(de)机翼(yì)与机身的连接位置(zhì),可分(fèn)为下单翼、中单翼、上单翼和伞式上单翼(即(jí)机翼(yì)在(zài)机身(shēn)的(de)上方,由一组撑杆将机翼(yì)和机身连接在一起)。
下(xià)面(miàn)从各(gè)个不同角度来(lái)认识一下战斗机常用的(de)几类机翼。
尾翼
尾翼是安(ān)装在飞机后部的起(qǐ)稳定(dìng)和操(cāo)纵作用的装置。尾翼一般分为垂直(zhí)尾翼和(hé)水平(píng)尾翼。垂直尾翼由固定(dìng)的垂直(zhí)安定面和可动的(de)方向舵组成,它在飞机上主要起(qǐ)方(fāng)向安定和方向(xiàng)操纵的作用。垂直尾翼简称垂尾或立尾(wěi)。根(gēn)据垂尾的数(shù)目(mù),飞机可分(fèn)为单垂尾、双垂(chuí)尾、三垂尾和四垂尾飞机。
现在双垂尾布(bù)局(jú)的战斗机有(yǒu)些采用V形布局(jú),例(lì)如美国的第四代战斗(dòu)机F—22。水平尾(wěi)翼由固定的(de)水平安(ān)定(dìng)面和可动的升降舵组成,它在飞机土主(zhǔ)要起纵向安(ān)定和俯仰操纵的作用。水平(píng)尾翼可简称平尾。有的飞(fēi)机为了(le)提高俯仰操纵(zòng)效(xiào)率,采用的是全动平尾,即平(píng)尾没有水平安定面,整个(gè)翼面均(jun1)可(kě)偏转。
有一种特殊(shū)的 V字(zì)形尾翼,它既可以起垂直尾翼的作用,也可(kě)以起水平尾翼的作用。水平尾翼一般位于主机翼之后。但也(yě)有(yǒu)的(de)飞机把“水平尾翼”放在机翼之(zhī)前,这种飞机(jī)称为鸭式飞机。此时,将前置“水平尾翼(yì)”称之为“前翼”或“鸭(yā)翼”。没有水平尾(wěi)翼 (甚至没有垂直尾翼) 的飞机称为(wéi)无尾飞机。这种飞机的俯仰操(cāo)纵(zòng)、方向操(cāo)纵、滚转操纵均由机翼(yì)后(hòu)缘的活动翼面或(huò)发动机的推力(lì)矢量喷管控制(zhì)。
鸭翼
鸭式布局:座舱两(liǎng)侧有两个较小(xiǎo)的三角(后掠)翼,后边是(shì)一个大的三(sān)角翼。比如中国的(de)歼10、歼20、欧洲(zhōu)EF2000都采用鸭式布局,是一种十(shí)分(fèn)适合于超(chāo)音速空战的气动布局。
早在二战前,前苏联已经发现如果(guǒ)将水平(píng)尾翼(yì)移到主翼之前(qián)的(de)机头两侧,就(jiù)可以用较小的翼面来达到同样(yàng)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(wěi)翼那样,平衡(héng)俯仰力矩多数情况下会产生负升力。
早期的鸭式(shì)布局飞起来像一只鸭(yā)子,“鸭式布局”由此(cǐ)得名(míng)。采用鸭(yā)式布局的(de)飞机(jī)的(de)前翼(yì)称为“鸭翼(yì)”。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(zhuàng)态时加强机(jī)翼的前缘涡流,改善飞机(jī)大迎角状态(tài)的性能(néng),也有利于飞(fēi)机的短矩起降。
真正(zhèng)有可操(cāo)纵鸭翼的(de)战机目前有(yǒu)中国的歼(jiān)10 、欧洲的EF-2000、法国的“阵风”和瑞典(diǎn)的JAS-39等。这些(xiē)飞(fēi)机的鸭(yā)翼除了(le)用(yòng)以产生涡流外,还用于改善跨音速过(guò)程中安定(dìng)性骤降的(de)问题,同时也可减少配平(píng)阻(zǔ)力、有(yǒu)利于超音速(sù)空战。在降落时,鸭翼还可偏(piān)转一(yī)个很大的负角,起(qǐ)减速板的作用。
后掠翼
机翼各剖(pōu)面沿(yán)展向(xiàng)后移的(de)机(jī)翼称为后族(zú)翼,这种机(jī)翼(yì)的(de)外形特点是,其前缘和后(hòu)缘(yuán)均向后掠。机翼后掠的程度用后(hòu)掠角的大小来表示。
与平直机翼(yì)相比,后(hòu)掠翼(yì)的气动特点(diǎn)是可增大机翼(yì)的(de)临界马(mǎ)赫数,并(bìng)减小超音速飞行时(shí)的(de)阻力。飞机在(zài)飞行(háng)中,当垂直于机翼前缘的气流(liú)流速接近音速时,机翼上(shàng)表面局部地区(qū)的气流受凸起的翼面的影(yǐng)响,其速度(dù)将会超过音速,出现局(jú)部激波,从而使飞行阻(zǔ)力急剧增(zēng)加。
后掠翼由于可使垂直于机翼(yì)前缘的气流速度(dù)分量低于(yú)飞行速度,因而(ér)与(yǔ)平直机翼相比,只有(yǒu)在更高的飞行速度情况下才会出现(xiàn)激波( 即(jí)提高(gāo)了临界马(mǎ)赫(hè)数),从而(ér)推迟了机(jī)翼面(miàn)上激(jī)波的产(chǎn)生,即(jí)使(shǐ)出(chū)现激波,也有助(zhù)于减弱激波强(qiáng)度,降低飞行(háng)阻力。后掠角的缺点是扭(niǔ)转刚度差、升力线(xiàn)斜率较低、气流容(róng)易从(cóng)翼梢处分离、亚音速飞行时(shí)诱导阻力较大等(děng)。
三角翼(yì)
平面形状为(wéi)三角(jiǎo)形的机翼称为三角翼。与之相(xiàng)近的有双三角翼和切角三角翼。目前常(cháng)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(měi)国的(de)F—102、前苏联(lián)的米格— 21、 法国(guó)的“幻(huàn)影(yǐng)”Ⅲ等。
大后(hòu)掠角三角(jiǎo)翼具有超音速阻(zǔ)力小、焦点随 M数变化小、结构(gòu)刚度好等优点,适(shì)合于超音速飞行和机(jī)动飞行。三角翼的缺点是:在亚音速飞行状态,机翼的升力(lì)线斜率较(jiào)低、诱导阻力(lì)较大、升阻比较(jiào)小,从而影响飞机(jī)的(de)航程和起降性能。
变后掠翼
后掠角在飞行(háng)中可(kě)以改变(biàn)的机翼称之为变(biàn)后掠翼。在飞机的(de)设计工作(zuò)中,有一个不易(yì)克(kè)服的矛盾:要想提高飞行M数,必须选择大后掠角、小展(zhǎn)弦比的机翼,以(yǐ)降低飞机的激波阻力,但此类(lèi)机翼在亚音速(sù)状(zhuàng)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(tóng)时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短矩(jǔ)起降的(de)要求,最好是让机翼变后掠,用不同(tóng)的后掠角去适应不同的(de)飞行状态。
对变后掠翼的研(yán)究,始于 40年代,但直到 60年(nián)代(dài),才设计出实用的变后掠翼(yì)飞(fēi)机。一般的变后掠翼的内翼段是(shì)固定的,外翼同内翼用铰(jiǎo)链轴连(lián)接,通过液压助力器操纵外翼前后转(zhuǎn)动,以改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦(xián)比。变后掠翼的缺点(diǎn)是,结(jié)构和操(cāo)纵系统复杂,重(chóng)量较大,不(bú)大(dà)适合轻型飞机使用。美国的F—14战斗机是(shì)可变后掠翼的代表机型。
边条翼
边条(tiáo)翼(yì)是 50 年代中期出现的一种新型机翼,一(yī)些(xiē)第三代(dài)高(gāo)机动战斗机采用了这种(zhǒng)机翼,像美国(guó)的F—18和中巴合研的“枭龙”都(dōu)采(cǎi)用(yòng)边条翼(yì)。
在(zài)飞机中等后掠角(后掠角 25度~45度左右) 的机翼根部前(qián)缘处,加装一后掠角(jiǎo)很大的(de)细长(zhǎng)翼(后掠角(jiǎo)65度(dù)~85度) 所形成的复合(hé)机翼,称为边条翼。在边条(tiáo)翼中,原后掠翼称为基本翼,附(fù)加的(de)细(xì)长前翼部(bù)分称为(wéi)边条。
边条翼的(de)气(qì)动特点(diǎn)是,在亚、跨音(yīn)速(sù)范围内(nèi),当迎(yíng)角不大(dà)时(shí),气流就从边条前(qián)缘分(fèn)离,形成一个稳定的前缘脱体涡,在前缘(yuán)脱(tuō)体涡的诱导作(zuò)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(duàn)的气流受到控制,在一(yī)定的迎(yíng)角范(fàn)围内不发生无规则的分离,从(cóng)而提高了机翼的临界迎角和抖振边界,保(bǎo)证(zhèng)飞(fēi)机具有良好的(de)亚、跨音速(sù)气动(dòng)特性。在超(chāo)音速状态下,由(yóu)于加装(zhuāng)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(kě)明显(xiǎn)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(sù)飞行时的(de)全(quán)机(jī)焦点后移量减小,导(dǎo)致(zhì)飞(fēi)机的配平阻(zǔ)力降低。因此,这种(zhǒng)机翼也具有良好的超音速气动特性。边条翼(yì)的缺点是,在小迎角范(fàn)围内,其(qí)升阻特性不(bú)如无边条的基本(běn)翼好;它的(de)力矩特性也(yě)不(bú)理想,力矩(jǔ)曲线随迎角的变化呈(chéng)非线(xiàn)性。
翼身(shēn)融合
一般的(de)翼身组合体是由机翼与(yǔ)机身两个部件接合(hé)而(ér)成的。在机翼与机身的(de)交接处,机身的侧面与机翼表面构成直角(或接近于直(zhí)角(jiǎo)),这样(yàng)的(de)组合,由于浸润面积大,阻力也较大。
为了减少翼身组(zǔ)合体的阻(zǔ)力,有些(xiē)飞机在机翼与机身的交接(jiē)处增装了整流带(dài)( 亦称整流包皮),使二者间圆滑(huá)过渡。在设(shè)计(jì)上(shàng),整流带一般是不承受载荷的,但(dàn)在飞行时,它很难不受气动(dòng)力的(de)影响,因此(cǐ),往往会发生(shēng)变(biàn)形等问题。
后来,研究人员根据翼身整流带的优缺点(diǎn),提出了翼身融合体的概念,即把飞行器的机翼和机身合成(chéng)一体(tǐ)来设计制造(zào),二者之间(jiān)没有(yǒu)明(míng)显的界限。翼身融合体的(de)优点是(shì)结构重量轻、内部容积大(dà)、气动阻(zǔ)力小,可使飞机的(de)飞行性能(néng)有较大改善(shàn)。
后来还发(fā)现(xiàn),由于消(xiāo)除了(le)机翼与机身交接处的直角,翼身融合体也(yě)有助(zhù)于减小(xiǎo)飞机的雷达反射截面(miàn)积,改(gǎi)善隐身性(xìng)能。这一设计(jì)的典型代表是法国的“阵风”战斗机。翼身融(róng)合体的(de)缺点是:外(wài)形复杂,设计和制造比较困难。
前掠翼
另外,还(hái)有一些战(zhàn)斗机采用了前掠(luě)翼技术,与后掠翼相反,前掠翼(yì)的外(wài)形特点是(shì)前(qián)缘和后缘均向前(qián)掠。这种(zhǒng)战机目前仅仅停留于验证阶段。

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