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带(dài)你认(rèn)识战斗机(jī)机翼

 

战斗机机翼的主要作(zuò)用是产(chǎn)生升力(lì),以支持飞机在(zài)空中飞行。它还(hái)起一定(dìng)的稳定和操纵(zòng)作用。根据机翼的平面(miàn)形状来区分,常用的有矩(jǔ)形翼、梯形(xíng)翼、三角翼、双三角(jiǎo)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(wéi)主机(jī)翼、尾翼(平尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼(yì){又(yòu)称鸭翼}。而根据主机翼与机身的角度不(bú)同(tóng)来划分(fèn),又(yòu)有前掠翼、后掠翼和可变后掠翼。

现代(dài)飞机一般都是单翼(yì)机,但(dàn)历史上(shàng)也(yě)曾流行过双(shuāng)翼机两副机翼上下重叠(dié))、三翼机和多(duō)翼机。根据(jù)单翼(yì)机的(de)机翼与(yǔ)机(jī)身的连(lián)接(jiē)位置,可分(fèn)为(wéi)下单(dān)翼、中(zhōng)单翼、上单翼和伞式上(shàng)单翼(即机翼在机(jī)身的上方,由(yóu)一组撑杆(gǎn)将机(jī)翼和机身连接在一起)

下面从各个不同角度(dù)来认识(shí)一下战斗机常用的几类机翼。

尾翼

尾翼是安(ān)装在(zài)飞机后(hòu)部的起稳(wěn)定和操纵作用的装置(zhì)。尾翼一般(bān)分为垂直(zhí)尾翼(yì)和水平(píng)尾翼。垂直尾翼(yì)由固定的垂直安定面和可动的方向舵组(zǔ)成(chéng),它在飞机上主要起方向(xiàng)安定和方(fāng)向(xiàng)操(cāo)纵的作(zuò)用。垂直尾翼简(jiǎn)称垂尾或立尾。根据垂(chuí)尾的数目,飞机可(kě)分为单垂(chuí)尾(wěi)、双垂尾、三垂尾(wěi)和四(sì)垂尾飞机(jī)。

现在(zài)双垂尾布局的战斗机(jī)有些采用V形布(bù)局,例如美国的第四代战斗机F22。水平尾(wěi)翼由固定的水(shuǐ)平安定面和可动的升降(jiàng)舵(duò)组成,它在(zài)飞(fēi)机土主要起纵向安(ān)定和俯仰操纵的作(zuò)用。水(shuǐ)平尾翼可简(jiǎn)称平尾。有的飞(fēi)机为(wéi)了提(tí)高俯(fǔ)仰(yǎng)操纵效率,采用的(de)是(shì)全动平尾(wěi),即(jí)平尾(wěi)没有水平安(ān)定面(miàn),整个翼面均可偏转。

有一种特殊的 V字形尾翼,它(tā)既可(kě)以起垂直尾翼的作用,也可以起水平尾翼的(de)作用。水平尾翼一般位于主机翼之(zhī)后。但也有的飞机把“水平尾翼(yì)”放在机翼之前(qián),这种飞机称为鸭式飞机。此时,将前置“水(shuǐ)平尾翼(yì)”称之(zhī)为“前翼”或“鸭翼”。没有水平尾翼 (甚至没有垂直尾翼的飞机称(chēng)为无尾飞机。这种(zhǒng)飞机的(de)俯仰操纵(zòng)、方向(xiàng)操纵、滚(gǔn)转操纵均由机(jī)翼后缘的活动翼面或发动机的(de)推力矢量喷管控制。

鸭翼

鸭(yā)式布(bù)局:座舱(cāng)两侧有两个(gè)较小(xiǎo)的三(sān)角(后(hòu)掠)翼(yì),后边是一(yī)个大(dà)的三(sān)角翼。比如中国的歼10、歼20、欧洲EF2000都采用鸭(yā)式布局,是一种十分适(shì)合于超音速空战的气(qì)动布局(jú)。

早在二战(zhàn)前,前(qián)苏(sū)联(lián)已经发现如果将(jiāng)水平尾翼(yì)移到主翼之前(qián)的机头两侧,就可以(yǐ)用较小(xiǎo)的(de)翼面来(lái)达到(dào)同样的操纵(zòng)效能,而(ér)且前翼和机翼可以同时产生升(shēng)力,而不像(xiàng)水平(píng)尾翼那样(yàng),平衡俯仰力矩多数情(qíng)况(kuàng)下会(huì)产生负升力。

早(zǎo)期的鸭式(shì)布(bù)局(jú)飞起来(lái)像一只鸭子,“鸭(yā)式布局”由此(cǐ)得名。采用鸭式布局的飞机的前翼称为“鸭(yā)翼”。战机的鸭翼有两种,一种是不能(néng)操纵的,其(qí)功能是当飞机处(chù)在大迎角状态时加强机(jī)翼的前缘涡流,改(gǎi)善(shàn)飞(fēi)机(jī)大(dà)迎(yíng)角状(zhuàng)态的性能,也有(yǒu)利(lì)于(yú)飞机(jī)的短矩起降。

真正有可操纵鸭翼的战(zhàn)机目前有中国的歼10 、欧(ōu)洲的EF2000、法国的“阵风”和瑞典的(de)JAS39等。这些(xiē)飞机的鸭翼除了用(yòng)以产生(shēng)涡流外,还用(yòng)于改善(shàn)跨音速过程中安定性骤降(jiàng)的问题(tí),同(tóng)时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。在降落时,鸭(yā)翼还可偏(piān)转一个很(hěn)大的负角,起减速板的作(zuò)用。

后掠翼(yì)

机翼各剖面沿展向后移(yí)的机翼(yì)称为后(hòu)族翼,这种机(jī)翼的外形特点是,其前(qián)缘和后缘均向后掠。机翼后掠的(de)程度(dù)用后掠角的大小来表示。

与平直机翼相比,后掠翼的(de)气动(dòng)特点是可(kě)增大机翼的(de)临(lín)界马(mǎ)赫数,并减(jiǎn)小超音(yīn)速飞行时的阻力。飞(fēi)机在(zài)飞行(háng)中,当垂(chuí)直于机翼前缘的气(qì)流流(liú)速接近音速时,机(jī)翼上表面局部地区的(de)气流受凸起(qǐ)的翼面的影(yǐng)响,其速度将会超过音速,出现局部激波,从而(ér)使飞行(háng)阻力急剧增加。

后掠翼由(yóu)于可使垂直于(yú)机翼前缘的气流速度分量低于飞行(háng)速度,因而与平直机翼相比,只有在更高的(de)飞行速度(dù)情况下才会出现激波(bō)即提高(gāo)了临界马赫数),从而推迟了机(jī)翼面上激波的产(chǎn)生(shēng),即(jí)使(shǐ)出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻(zǔ)力。后掠(luě)角的缺(quē)点(diǎn)是扭转刚度差、升力线斜(xié)率(lǜ)较低、气流容(róng)易从翼(yì)梢(shāo)处分离、亚音速飞行时诱导阻力(lì)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(qiē)角三(sān)角翼。目前常用(yòng)的主要是略有切(qiē)角(jiǎo)的三角翼。三(sān)角(jiǎo)翼飞机出现于50 年代,其代(dài)表机型有美国的F102、前苏联的米格(gé)— 21、 法国的“幻影”Ⅲ等。

大后掠角三角翼具有(yǒu)超音速阻力小、焦点随(suí) M数变化(huà)小、结构刚度好等优点,适(shì)合于超音速飞(fēi)行和机(jī)动(dòng)飞行。三角翼的缺点是:在(zài)亚音速飞(fēi)行状态,机翼的升力线斜率较低(dī)、诱导阻力较大、升阻比较小,从而(ér)影响(xiǎng)飞(fēi)机的航程和起降性能。

变(biàn)后掠翼

后掠角(jiǎo)在飞(fēi)行(háng)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(yào)想提高飞行(háng)M数(shù),必须选择大后掠角、小展弦比的(de)机翼,以降低(dī)飞机(jī)的激波(bō)阻力,但此类机(jī)翼在亚音速状态时升力较小,诱(yòu)导阻力较(jiào)大,效(xiào)率(lǜ)不高。从空气动力学的(de)角度(dù)讲,要同时满(mǎn)足飞机对超音速飞行、亚音速巡航(háng)和短矩起降的要求,最好是让机翼变后掠,用(yòng)不同(tóng)的后掠角去适应(yīng)不同的飞行状态(tài)。

对(duì)变后掠翼的研究,始于(yú) 40年代,但(dàn)直到 60年(nián)代,才设计(jì)出实(shí)用(yòng)的变后掠翼飞机。一般(bān)的变后(hòu)掠翼的内(nèi)翼段(duàn)是(shì)固定的,外翼同内翼(yì)用铰(jiǎo)链轴连接(jiē),通过(guò)液压助力器操(cāo)纵外翼前(qián)后转动,以(yǐ)改变外翼段的(de)后擦角和整个机翼的展弦比。变后掠翼的缺(quē)点是,结构(gòu)和操纵系统复(fù)杂,重量较大(dà),不大适合轻型飞机使用。美国的(de)F14战斗机是(shì)可(kě)变后掠(luě)翼(yì)的代表机型(xíng)。

边条翼

边条翼是 50 年代中期出(chū)现的(de)一种新(xīn)型机翼,一些第三代高机动战斗机采用(yòng)了这种机翼,像美(měi)国的F18和中巴合研的“枭(xiāo)龙”都采用边条(tiáo)翼。

在飞机中等(děng)后掠角(后掠角 25度~45度左右(yòu)的机翼根部前(qián)缘处,加装一后掠角很(hěn)大的细长(zhǎng)翼(后掠角65度~85所形成的复合机翼,称为边(biān)条翼(yì)。在(zài)边条翼(yì)中,原后掠翼称为基本(běn)翼,附加(jiā)的细长前翼(yì)部分称为边条。

边条(tiáo)翼的气动特(tè)点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大(dà)时,气(qì)流(liú)就从边条(tiáo)前缘分(fèn)离,形成一(yī)个稳定的前缘脱体涡,在前缘脱体涡(wō)的诱导作用下,不(bú)但可使基本翼内翼段的(de)升力有较(jiào)大幅(fú)度的增加(jiā),还使外翼段的气流受到控制,在(zài)一(yī)定的迎角范围(wéi)内不发生无规(guī)则的分离,从而提高了机翼的临界(jiè)迎角和抖振边界(jiè),保证飞(fēi)机具有良好的亚(yà)、跨音速气动特性。在超(chāo)音速状态(tài)下,由于加(jiā)装边(biān)条后,使内翼段(duàn)部分的相对厚(hòu)度变小(xiǎo),机翼的(de)等效后掠角增大,可明(míng)显(xiǎn)降低激(jī)波阻力。

另外(wài),边条的存(cún)在,还可使飞机(jī)在跨音速(sù)和超音速飞行时的全机焦点后移量减小,导(dǎo)致飞(fēi)机(jī)的配(pèi)平阻力降低。因此,这种机翼(yì)也具有良好的超(chāo)音速气(qì)动特性。边条翼的缺点是,在小迎角(jiǎo)范围内,其升(shēng)阻特性不如无边条的基本翼好;它的力矩特(tè)性也(yě)不理想,力(lì)矩曲线(xiàn)随迎(yíng)角的变(biàn)化呈非线性。

翼身融合

一般的翼身(shēn)组合体是(shì)由机翼与机身两个部件(jiàn)接合而成的。在机翼与机身的交(jiāo)接处(chù),机身的侧面与机翼表面(miàn)构成直角(或接(jiē)近于直角),这样的组合,由于(yú)浸润面积大,阻力也较(jiào)大。

为了减少(shǎo)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(liú)带亦(yì)称(chēng)整(zhěng)流(liú)包皮),使(shǐ)二者间圆滑(huá)过渡。在(zài)设计上,整流(liú)带一(yī)般(bān)是不承(chéng)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(gēn)据(jù)翼身(shēn)整流(liú)带的优缺点(diǎn),提出了翼(yì)身融合体的(de)概念,即把飞(fēi)行器的机翼(yì)和(hé)机身合成一体来设计制造,二者之间没(méi)有明(míng)显的界限。翼身(shēn)融合体的优(yōu)点是结构重量(liàng)轻、内部容积大、气动阻(zǔ)力小,可使(shǐ)飞机的飞行性能有较大改善。

后来还发现,由于消除(chú)了机翼与机身交接处的直角,翼身融合体(tǐ)也有助于减小飞机(jī)的雷达反射(shè)截面积,改善隐身性能。这一设(shè)计(jì)的(de)典(diǎn)型代表是(shì)法国的“阵风(fēng)”战斗机。翼(yì)身融合体的缺点是:外(wài)形复杂,设计和制造(zào)比较困(kùn)难。

前掠翼

另外,还有一(yī)些战(zhàn)斗机采用了前掠翼技术(shù),与后掠翼相反,前掠(luě)翼的外形特点是前缘和后缘均(jun1)向前掠。这种(zhǒng)战机(jī)目前(qián)仅仅停留(liú)于验证(zhèng)阶(jiē)段。

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