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带你(nǐ)认识战斗机机翼

 

战(zhàn)斗机机翼的主要作用(yòng)是产生升力,以支持(chí)飞机在(zài)空中飞行(háng)。它还起一定(dìng)的稳定和操(cāo)纵(zòng)作用。根据机翼(yì)的(de)平面形状来区分,常用的有矩形翼、梯形(xíng)翼、三角翼、双三角翼、箭形(xíng)翼、边条(tiáo)翼等(děng)。

根据(jù)机翼在机身的前后位置及作用可分为主机(jī)翼、尾翼(平尾和垂尾或倾(qīng)斜尾翼)、前翼{又称鸭翼}。而根据主机翼(yì)与机身的角(jiǎo)度不同来划分,又有(yǒu)前掠翼(yì)、后掠翼和可变后掠(luě)翼(yì)。

现代(dài)飞(fēi)机一般都(dōu)是单(dān)翼机,但历史上也(yě)曾流行过双翼机(jī)两副机(jī)翼上下重叠)、三(sān)翼机和多翼机。根据单翼机(jī)的机翼与机身的连接位置(zhì),可(kě)分为(wéi)下单翼、中单翼、上单翼和伞式上(shàng)单翼(即(jí)机翼在机身的上(shàng)方,由一组撑杆将机翼和机身连接(jiē)在一(yī)起)

下(xià)面从各(gè)个(gè)不同角度来认识一下战斗(dòu)机常用(yòng)的几类机(jī)翼。

尾(wěi)翼

尾(wěi)翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置。尾(wěi)翼一般分为垂直尾翼(yì)和水(shuǐ)平尾翼。垂直尾翼由固定的垂直安(ān)定面和可动的方向舵组(zǔ)成,它在飞机上主要起方向安定和(hé)方(fāng)向操纵的作用。垂直尾翼简称垂尾(wěi)或立尾。根据垂尾的数目,飞机可分为单垂尾、双垂尾(wěi)、三垂(chuí)尾和四垂尾飞机。

现在双垂尾布局的战斗机有些(xiē)采用V形布局,例如(rú)美国的第四(sì)代战斗机(jī)F22。水平尾翼由固定的水平安定面和(hé)可动的升降(jiàng)舵组成,它在飞机土主(zhǔ)要(yào)起纵向安定和(hé)俯仰操纵(zòng)的作用(yòng)。水平尾(wěi)翼可简称平尾。有的飞机(jī)为了(le)提高俯(fǔ)仰操纵(zòng)效率,采(cǎi)用的是全动平尾,即(jí)平尾没有水平安定面,整个(gè)翼面(miàn)均可偏(piān)转。

有一种(zhǒng)特殊的 V字形尾翼,它既(jì)可以(yǐ)起垂(chuí)直尾翼的作用,也可以起水平尾翼的作用(yòng)。水平尾翼一般位于主机(jī)翼之后。但也有(yǒu)的飞机把“水平尾翼”放(fàng)在机翼之前,这种飞机称为鸭式飞机。此时,将前置“水平尾翼”称之为(wéi)“前(qián)翼”或“鸭翼”。没有水平尾翼 (甚(shèn)至没有垂直尾(wěi)翼的飞机(jī)称为(wéi)无(wú)尾飞机。这种飞(fēi)机的俯仰操纵、方向(xiàng)操纵、滚转(zhuǎn)操纵均由(yóu)机翼后缘的活动翼面或(huò)发动机(jī)的推力矢量(liàng)喷管控(kòng)制。

鸭翼(yì)

鸭式布局:座舱两侧有两个较小的三角(后(hòu)掠)翼,后边是一个大的三(sān)角(jiǎo)翼。比如中国的歼10、歼20、欧洲EF2000都采用鸭式布(bù)局,是一种十(shí)分适(shì)合于超(chāo)音(yīn)速空(kōng)战的气动布局。

早在(zài)二战前,前苏联(lián)已经发现如(rú)果将水平尾翼移到(dào)主(zhǔ)翼(yì)之前的机头两侧(cè),就可以用较小的(de)翼面来达到(dào)同(tóng)样的操纵效能,而且(qiě)前(qián)翼和机翼(yì)可以同时产生升力,而不像水平尾翼那样(yàng),平(píng)衡俯(fǔ)仰力(lì)矩多数情(qíng)况(kuàng)下会产(chǎn)生负升力(lì)。

早期的鸭式(shì)布局飞起来像一只鸭(yā)子,“鸭式布(bù)局”由此得名。采用鸭式(shì)布(bù)局的(de)飞机的前翼称为“鸭翼”。战机的(de)鸭(yā)翼(yì)有两种,一种(zhǒng)是不能操纵(zòng)的(de),其功能(néng)是(shì)当飞机处在大迎角状态时(shí)加强(qiáng)机翼的前缘涡流,改善飞(fēi)机(jī)大迎角状(zhuàng)态的性能,也有利于飞机的短矩起(qǐ)降。

真正有(yǒu)可操纵(zòng)鸭翼的战机目前有中国的歼(jiān)10 、欧洲的EF2000、法国的“阵风”和瑞典的(de)JAS39等。这些飞机的鸭翼(yì)除(chú)了用(yòng)以产生涡流外,还用(yòng)于改善(shàn)跨音速(sù)过程中安(ān)定(dìng)性骤降的(de)问题,同时(shí)也可减少(shǎo)配平阻力、有利于超音(yīn)速空战。在降落时,鸭(yā)翼还(hái)可偏转一个很大的负角,起(qǐ)减速板的作用(yòng)。

后掠翼

机翼各剖面沿展向后移的机翼称为后族(zú)翼,这种机翼(yì)的(de)外形特点是,其前缘和后缘均向后(hòu)掠。机翼后掠的程度用(yòng)后(hòu)掠(luě)角的大小来(lái)表示。

与平直机翼相比(bǐ),后(hòu)掠翼的气动特点是可增(zēng)大机翼的临界马赫数,并减(jiǎn)小超音速飞(fēi)行时的阻(zǔ)力。飞机(jī)在(zài)飞(fēi)行中,当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时,机翼上表面局(jú)部地区的气流受(shòu)凸起的翼面的影响,其速度(dù)将会超过音速(sù),出现局部激波,从而(ér)使飞行阻力(lì)急剧(jù)增加。

后掠翼由于可(kě)使垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度(dù),因而与平直机翼相比,只有在(zài)更高的(de)飞行速度情况下才会出现激波即提(tí)高了临界马赫数),从而推(tuī)迟了机翼面上激波的产(chǎn)生,即(jí)使出现激(jī)波,也(yě)有助于(yú)减弱激波(bō)强度,降低(dī)飞(fēi)行阻力。后掠角(jiǎo)的缺点是(shì)扭转刚度差、升力线(xiàn)斜率较(jiào)低、气流容(róng)易从翼梢处分离、亚音速飞行时(shí)诱(yòu)导阻力较大等。

三角翼

平面形状为三角(jiǎo)形的机翼称为三角翼(yì)。与之(zhī)相近的有双三(sān)角翼和切角三角(jiǎo)翼。目前常(cháng)用的(de)主要是略有切角的三角翼。三角翼飞机出现于50 年代,其代(dài)表机型有美国的(de)F102、前苏联的(de)米格— 21、 法国的(de)“幻影”Ⅲ等。

大后掠角三(sān)角(jiǎo)翼具有超音速阻(zǔ)力小、焦点(diǎn)随 M数变化小(xiǎo)、结构刚度好等(děng)优点,适合(hé)于超音(yīn)速(sù)飞(fēi)行和机动飞行。三角翼的缺(quē)点(diǎn)是:在亚音速飞行状(zhuàng)态,机翼的升力线斜率较低、诱导阻力(lì)较大、升(shēng)阻(zǔ)比较小,从(cóng)而影(yǐng)响飞机的航程和起降性能(néng)。

变后掠翼

后掠角在(zài)飞行中可以改变的机翼称之为变(biàn)后掠(luě)翼。在飞机的设(shè)计工(gōng)作中,有一个不易克服的(de)矛盾:要(yào)想提(tí)高飞行M数,必须选(xuǎn)择大(dà)后掠角、小展弦比的机翼,以(yǐ)降低(dī)飞机的激波(bō)阻力,但此(cǐ)类(lèi)机翼在(zài)亚音(yīn)速状态时升力较(jiào)小,诱导阻力(lì)较大,效率不高。从空气动(dòng)力(lì)学的角度讲,要(yào)同时满足飞机(jī)对超(chāo)音(yīn)速飞行、亚音速巡航(háng)和短矩起(qǐ)降的(de)要求,最好是让机翼变(biàn)后掠,用不(bú)同的后掠角去适(shì)应不同的飞行(háng)状态。

对变后掠翼(yì)的研究,始于 40年代,但直(zhí)到(dào) 60年代,才设计出实用的变后掠(luě)翼飞机。一般的变后掠(luě)翼的内翼段是固定的(de),外翼同内翼用铰链轴连接,通过(guò)液(yè)压助力(lì)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(de)展弦比。变后掠翼(yì)的缺点是,结构和操纵系统复(fù)杂,重量较(jiào)大,不大适合轻型飞机使用。美国的(de)F14战斗机是可变后掠翼(yì)的代表机型。

边条翼

边(biān)条翼是 50 年(nián)代中期出现的一种(zhǒng)新(xīn)型机翼,一些第三代高机动战斗机采用了这种机翼,像(xiàng)美国的F18和中巴合研的(de)“枭龙”都采用边条(tiáo)翼(yì)。

在飞机中等后掠角(后掠角 25度~45度左右的机翼(yì)根(gēn)部前缘处,加装(zhuāng)一后掠角很大的细长(zhǎng)翼(后掠角65度~85所形成的复合机翼,称(chēng)为边条翼。在边(biān)条翼中,原后掠翼(yì)称(chēng)为(wéi)基本(běn)翼,附加的细长前(qián)翼部(bù)分称(chēng)为边(biān)条(tiáo)。

边条翼的气动特点是,在亚、跨音速范围内,当迎角不大(dà)时,气流就从边条(tiáo)前缘分离,形成一个稳定的前(qián)缘脱(tuō)体涡,在前缘脱(tuō)体涡的诱导作用下,不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度(dù)的增加,还使外翼段的(de)气流受到控制,在一定的迎角(jiǎo)范围内不发生无规则的分离,从而(ér)提高了机翼的临界迎角和抖振边(biān)界,保证飞机(jī)具有良好的亚、跨音速气动(dòng)特(tè)性。在超(chāo)音速状态下,由于加装边(biān)条后,使(shǐ)内翼段部分的相对(duì)厚度变小,机翼(yì)的等效后掠角(jiǎo)增大,可明(míng)显(xiǎn)降低激波阻(zǔ)力。

另外,边条的存在,还可使飞机在跨音速和(hé)超音速飞行时的全(quán)机焦点(diǎn)后移量减小,导(dǎo)致飞机(jī)的配平(píng)阻力降低。因此(cǐ),这种机(jī)翼也具(jù)有(yǒu)良好的超音速气动特性。边条翼的缺点是,在小迎角范围内,其(qí)升阻特性不如无边条的基本翼好;它的力矩特(tè)性也不(bú)理想,力矩曲线随迎角的变化(huà)呈非(fēi)线性(xìng)。

翼(yì)身融合

一般的翼身组合(hé)体是由机翼与机身两(liǎng)个部件接合而(ér)成的。在(zài)机翼与(yǔ)机身的交接处,机身的侧面与机翼表面构成直角(或接近于直(zhí)角),这样(yàng)的组合,由(yóu)于(yú)浸(jìn)润(rùn)面(miàn)积(jī)大(dà),阻(zǔ)力也(yě)较大。

为(wéi)了(le)减少翼身组合体的阻(zǔ)力,有些(xiē)飞机在(zài)机翼与机身(shēn)的交接处增装了整流带亦称整流包(bāo)皮),使二(èr)者(zhě)间圆滑过渡。在设计上,整流(liú)带一(yī)般是不承受载荷的,但在飞(fēi)行(háng)时(shí),它很难不受气动力的(de)影响(xiǎng),因此(cǐ),往往会发生变形等问题。

后来,研究人员(yuán)根据(jù)翼身整流带的优缺点(diǎn),提出了翼身融(róng)合体的概念,即把飞行器的机翼和(hé)机身合成(chéng)一(yī)体来(lái)设计制造,二者之间没有明显的(de)界限。翼身融合体的(de)优点是结构重量轻(qīng)、内部容(róng)积(jī)大、气动阻力小,可使飞机的飞行性能有较大(dà)改善。

后来还发现,由于消(xiāo)除了机翼(yì)与机身交接处的直角(jiǎo),翼身融合体也有助于减小(xiǎo)飞(fēi)机的雷达反射截面积,改善隐身性能。这一设计的(de)典型代表是法国的“阵风”战斗机。翼身融合体的(de)缺(quē)点是:外形复杂,设计和制造比较困难。

前掠翼

另外,还有一些(xiē)战斗(dòu)机采(cǎi)用了前(qián)掠翼技术,与后掠翼相(xiàng)反,前(qián)掠(luě)翼(yì)的外(wài)形特点是前缘和后(hòu)缘均向前掠。这种战机目前仅(jǐn)仅停留于验证(zhèng)阶段。

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