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带你认识战斗机机(jī)翼

 

战(zhàn)斗机机翼的(de)主要作用是产(chǎn)生升力,以支持飞(fēi)机在空(kōng)中(zhōng)飞行。它还起一定的稳(wěn)定和操纵作用。根据(jù)机(jī)翼的平面形状(zhuàng)来区分,常用的有矩形(xíng)翼、梯形翼、三(sān)角翼(yì)、双三角翼、箭形翼、边条(tiáo)翼(yì)等。

根据机翼在机身的前后位置及作用可(kě)分为主机翼、尾翼(平尾和垂(chuí)尾(wěi)或倾(qīng)斜(xié)尾翼)、前翼(yì){又称(chēng)鸭翼}。而根据主机翼与机(jī)身的角(jiǎo)度不同来划(huá)分,又有前掠翼、后(hòu)掠翼和可(kě)变后(hòu)掠翼。

现代飞机(jī)一般(bān)都是单翼(yì)机,但历史上也(yě)曾(céng)流行过双翼(yì)机两(liǎng)副(fù)机翼上下(xià)重叠)、三翼机和多翼机。根据单翼(yì)机的机翼与机身的连(lián)接位置,可分(fèn)为(wéi)下单翼、中单翼、上(shàng)单翼(yì)和伞式上单翼(即机(jī)翼在机身(shēn)的上方,由一组撑(chēng)杆(gǎn)将(jiāng)机翼和机身连接在一起)。

下面从各个不同角(jiǎo)度来(lái)认识一下战(zhàn)斗机常用的(de)几类机翼。

尾翼

尾翼(yì)是安装(zhuāng)在飞机后(hòu)部的(de)起稳(wěn)定和操(cāo)纵(zòng)作用的装置(zhì)。尾翼一般分为垂直尾翼和(hé)水平尾翼。垂直尾翼由固定的垂(chuí)直安(ān)定面和可(kě)动的方向舵组成,它在飞机上主要(yào)起方向安定和方向操纵的(de)作用。垂直尾(wěi)翼简称垂尾或立尾。根据垂尾的数目,飞机(jī)可(kě)分为单垂尾、双垂尾、三垂(chuí)尾和四垂尾飞机。

现在双垂尾布局的战斗(dòu)机有些采用(yòng)V形(xíng)布局,例(lì)如美国的第四代战斗机F22。水平(píng)尾翼由固定的水平安定面和(hé)可动的升(shēng)降舵组成,它在飞机土(tǔ)主要起纵(zòng)向安定和俯仰操(cāo)纵的作用。水平尾翼(yì)可简称平尾。有的飞机为(wéi)了提高(gāo)俯仰操纵效率,采用的是全(quán)动平尾(wěi),即平尾没有水平安定面,整(zhěng)个翼面均可偏转。

有(yǒu)一种特殊(shū)的 V字形尾翼(yì),它(tā)既可以起(qǐ)垂(chuí)直尾翼的作(zuò)用,也可以起水平尾(wěi)翼的作用(yòng)。水(shuǐ)平尾翼(yì)一般位于主机翼之后(hòu)。但也有的飞机把“水平尾翼”放(fàng)在机翼之前,这种飞机(jī)称为鸭式(shì)飞机。此时(shí),将前置“水(shuǐ)平尾翼(yì)”称(chēng)之为“前翼”或(huò)“鸭(yā)翼”。没(méi)有水平尾翼 (甚至没有垂(chuí)直尾翼的飞(fēi)机(jī)称为无尾飞机。这种(zhǒng)飞机的俯(fǔ)仰(yǎng)操纵、方(fāng)向(xiàng)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(guǎn)控制。

鸭(yā)翼

鸭式(shì)布局:座舱两侧有两个较小的三角(后(hòu)掠(luě))翼,后边(biān)是一个大的(de)三角翼。比如中国的歼10、歼(jiān)20、欧洲EF2000都采用鸭式布局(jú),是一种十分适合(hé)于(yú)超音速空战的气动布局。

早(zǎo)在二战(zhàn)前(qián),前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主(zhǔ)翼之前的机头两侧,就可以用较小的翼面来(lái)达到同样的操(cāo)纵效能(néng),而且前翼和机翼可以同时产(chǎn)生升力(lì),而(ér)不像水平尾翼那样,平衡俯仰力矩多(duō)数情况(kuàng)下会(huì)产(chǎn)生负升(shēng)力。

早期的鸭式布局飞起来像一只鸭(yā)子,“鸭式布(bù)局”由(yóu)此得名。采用鸭式布局的(de)飞机的前翼称为“鸭翼”。战机的(de)鸭(yā)翼有两种(zhǒng),一种是不能(néng)操纵的,其功能是当(dāng)飞机处在大迎角状态时(shí)加(jiā)强(qiáng)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(duǎn)矩起降。

真(zhēn)正有可(kě)操纵鸭翼的战机(jī)目前有中(zhōng)国的(de)歼(jiān)10 、欧洲的EF2000、法国的(de)“阵风”和瑞典的JAS39等。这些飞机的(de)鸭翼除了用以产生(shēng)涡流外,还用于改善跨音速过程中(zhōng)安定性骤(zhòu)降的(de)问题,同时也可减少配平阻力(lì)、有利于超音速空战。在降落(luò)时,鸭翼还可偏转一个很大(dà)的(de)负角,起(qǐ)减速板的作用(yòng)。

后掠(luě)翼

机翼各剖面沿展向后移的机翼称为后(hòu)族翼,这种机翼的(de)外形特点是,其前缘(yuán)和后(hòu)缘均向后掠。机(jī)翼(yì)后掠(luě)的程度用后掠角的大小(xiǎo)来表(biǎo)示。

与(yǔ)平直(zhí)机翼(yì)相比,后掠翼的气动特点是可增大机翼的临(lín)界马赫数,并减小超音速飞(fēi)行时(shí)的阻力。飞机在飞行中,当(dāng)垂直于机翼前缘的气流流(liú)速接近音速时(shí),机翼(yì)上表(biǎo)面局部地区的气流受凸起的翼面的影响,其速度将会(huì)超(chāo)过音速,出(chū)现局部激波,从而使飞(fēi)行(háng)阻(zǔ)力急剧增加。

后掠(luě)翼由(yóu)于可使垂直于机翼(yì)前缘的气流速度分量低于飞(fēi)行速度,因而与平直机翼相比,只有(yǒu)在更高的飞行速(sù)度情况下才会出现激波即提高了临(lín)界(jiè)马赫数),从而(ér)推迟了机翼面上(shàng)激波的产生,即使出现激波,也有助(zhù)于减弱(ruò)激波强度,降低(dī)飞行阻力(lì)。后掠(luě)角的缺点是扭(niǔ)转(zhuǎn)刚度差、升(shēng)力线(xiàn)斜(xié)率较低、气流(liú)容易从翼梢处分(fèn)离、亚音速飞行时诱导阻力较(jiào)大等。

三角翼

平面形(xíng)状为三角形的(de)机翼称(chēng)为三角翼。与之相近的有双三角翼(yì)和切角(jiǎo)三角翼(yì)。目前常用的主要是略(luè)有切(qiē)角的(de)三角翼。三角翼飞机出现于50 年代,其代表(biǎo)机型有美国的F102、前(qián)苏(sū)联的米格— 21、 法(fǎ)国的(de)“幻影”Ⅲ等。

大后掠(luě)角三角翼具有超音速阻(zǔ)力小、焦(jiāo)点随 M数(shù)变化(huà)小、结构刚度好(hǎo)等优点,适合于超(chāo)音速飞(fēi)行和机动(dòng)飞行。三角翼的缺点(diǎn)是:在亚音速飞(fēi)行状态(tài),机翼(yì)的升力(lì)线斜率较低(dī)、诱导阻力较大、升(shēng)阻比较小,从而影响飞(fēi)机的航程和起(qǐ)降(jiàng)性能。

变后掠翼(yì)

后(hòu)掠(luě)角在飞(fēi)行中(zhōng)可以改变的机翼称之为变后掠(luě)翼。在(zài)飞(fēi)机的设计工作中,有一(yī)个不易(yì)克服的(de)矛盾:要想(xiǎng)提高飞行M数(shù),必须(xū)选择大(dà)后掠(luě)角(jiǎo)、小展弦比的(de)机翼,以降低飞机的激波(bō)阻力(lì),但此类机翼在(zài)亚音速(sù)状态时升力较小(xiǎo),诱导阻力较(jiào)大,效率不高。从空气(qì)动力(lì)学的角度(dù)讲,要同时(shí)满足(zú)飞机对超音速(sù)飞行、亚音(yīn)速(sù)巡(xún)航和(hé)短矩起(qǐ)降(jiàng)的要求(qiú),最好是让机翼变后掠,用(yòng)不同的后掠角去适应不同的飞行(háng)状态。

对变后掠(luě)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(jī)。一般(bān)的(de)变(biàn)后掠翼(yì)的内翼段是(shì)固(gù)定的,外翼同(tóng)内翼用铰链(liàn)轴(zhóu)连接(jiē),通过液压助力器操纵外翼前(qián)后(hòu)转动,以改变外翼段的后(hòu)擦(cā)角(jiǎo)和(hé)整个机(jī)翼的展弦比。变后掠翼(yì)的(de)缺(quē)点是,结构和操纵系统复杂,重量较大,不大(dà)适合轻型飞机使(shǐ)用(yòng)。美国的F14战斗机是可变后掠翼的(de)代表机型(xíng)。

边条翼

边条翼是 50 年代中期出现(xiàn)的(de)一种新型机(jī)翼,一(yī)些(xiē)第三代高机动战斗机采用了这种机(jī)翼,像美国的F18和中巴合研的“枭龙”都采用(yòng)边(biān)条翼(yì)。

在飞机(jī)中等后掠角(后掠角 25度(dù)~45度(dù)左右的机翼根(gēn)部前缘处,加(jiā)装一后掠角很(hěn)大的细长翼(后掠角65度~85所(suǒ)形成(chéng)的复合机翼,称为(wéi)边条(tiáo)翼。在边(biān)条翼中,原后掠翼称(chēng)为基本翼,附加的细长前翼部分(fèn)称为边条。

边条(tiáo)翼的(de)气动特点是,在亚、跨音速范(fàn)围内,当迎(yíng)角不大时,气流就从边条前缘(yuán)分(fèn)离,形成(chéng)一个(gè)稳定的前缘脱(tuō)体涡,在(zài)前缘(yuán)脱体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼(yì)段的升力有较(jiào)大幅度的增(zēng)加,还使外(wài)翼段的(de)气流受到控制,在一定的迎角范围内(nèi)不发(fā)生无规则的分离(lí),从而提高了机翼的临界迎角(jiǎo)和抖振边界,保证(zhèng)飞机具有良好(hǎo)的亚、跨(kuà)音速气动特性。在超音速状态下,由(yóu)于加装边条后,使内翼段(duàn)部(bù)分的相对(duì)厚度变小,机翼的等效后(hòu)掠角增(zēng)大(dà),可明显(xiǎn)降(jiàng)低激波(bō)阻力(lì)。

另外,边条的存在(zài),还可使飞机在跨音速(sù)和超音速飞(fēi)行时(shí)的全(quán)机(jī)焦点后(hòu)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(diǎn)是(shì),在小迎角范围内,其升阻特性(xìng)不如无边条的基本翼好;它的(de)力(lì)矩特性也不理想,力矩曲线随迎角的(de)变化呈非线(xiàn)性。

翼(yì)身融合

一般的翼(yì)身组合体是由机翼与机身两(liǎng)个(gè)部件接合(hé)而成的。在机翼与机(jī)身的交(jiāo)接(jiē)处,机身的侧面与机翼表(biǎo)面构成直角(或(huò)接近于直(zhí)角),这样(yàng)的组合,由于浸润(rùn)面积大,阻力(lì)也较大(dà)。

为了减少翼(yì)身组合体的阻力,有(yǒu)些飞机在机翼(yì)与机身(shēn)的交接(jiē)处增(zēng)装了整流(liú)带(dài)亦称整流包(bāo)皮),使二者(zhě)间圆滑过渡。在设计上,整(zhěng)流带一般是不承受(shòu)载荷的,但在飞行时,它很难不受气动(dòng)力的影响,因此,往(wǎng)往会发生变形等问题。

后来,研究人员根(gēn)据翼身整流带的(de)优缺点,提出(chū)了翼身(shēn)融(róng)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(jiè)限。翼身融(róng)合体的优点是结构重量轻(qīng)、内部容积大、气动阻力小,可使飞机(jī)的飞行性能有较大(dà)改(gǎi)善。

后来还发(fā)现,由于消除了(le)机翼与(yǔ)机身交接处的直角,翼身(shēn)融(róng)合体(tǐ)也有助(zhù)于减小飞机的雷达反射(shè)截面积(jī),改善(shàn)隐身性能。这一(yī)设计的典(diǎn)型(xíng)代表是法国的(de)“阵风”战(zhàn)斗机。翼身融合(hé)体的缺点是(shì):外形复杂,设计和制造比较困(kùn)难。

前掠(luě)翼

另外,还有一些战斗机采用了前掠翼技术,与后掠翼相(xiàng)反,前掠翼的外形特点是前(qián)缘和(hé)后缘(yuán)均向(xiàng)前(qián)掠。这(zhè)种战(zhàn)机(jī)目前仅仅停(tíng)留于验证阶段。

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