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带你(nǐ)认识战斗机机翼

 

战斗机机(jī)翼的主要作用是产生升力,以(yǐ)支持飞机在空中飞行。它还起一定的稳定和操纵(zòng)作用(yòng)。根据机翼的平面形状来区分,常用的有矩(jǔ)形(xíng)翼、梯形翼、三(sān)角翼(yì)、双三(sān)角翼、箭形翼、边条翼(yì)等。

根据机翼在机身的前后位置及作(zuò)用可分为主机翼、尾(wěi)翼(平尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼(yì){又称鸭翼(yì)}。而根据主(zhǔ)机翼与机身(shēn)的角度(dù)不同来划分(fèn),又有前掠翼、后(hòu)掠(luě)翼和可变后(hòu)掠(luě)翼(yì)。

现代飞机一(yī)般都是单翼机,但历史上也(yě)曾(céng)流行过(guò)双翼机两副机翼上下重叠)、三翼机和多(duō)翼机。根据单翼(yì)机(jī)的机翼与机身的连接位置(zhì),可分为下单翼、中单翼、上单翼和伞(sǎn)式上单(dān)翼(即(jí)机翼在(zài)机身的上方,由一(yī)组撑(chēng)杆将机翼和机身连接在一起(qǐ))

下面(miàn)从各个不同角度来认识一下(xià)战斗机常用(yòng)的几类机翼。

尾翼

尾(wěi)翼(yì)是安装在飞机后部的起稳定和操纵作(zuò)用的装置(zhì)。尾翼一般分(fèn)为(wéi)垂直尾翼和水平(píng)尾(wěi)翼。垂直尾翼由固(gù)定的垂直安定(dìng)面(miàn)和(hé)可动的方(fāng)向舵组成(chéng),它在飞机上(shàng)主要起方向(xiàng)安定和方向操纵的作(zuò)用。垂(chuí)直尾(wěi)翼简(jiǎn)称(chēng)垂尾(wěi)或立(lì)尾。根据垂尾的数目,飞机可(kě)分为单垂尾、双垂尾、三垂尾和四(sì)垂尾飞机。

现在双垂(chuí)尾布局的战斗机有些(xiē)采用V形布局(jú),例如美国的第四代战(zhàn)斗(dòu)机F22。水平尾翼由固定的水(shuǐ)平安(ān)定面和可(kě)动的升降舵组成,它在飞机土主要起纵(zòng)向安定和俯仰操纵的作用。水平尾翼可简称平尾。有的飞机(jī)为了(le)提高(gāo)俯仰操纵(zòng)效率,采用的是(shì)全动平尾,即平尾没有水平安(ān)定面,整个翼面均(jun1)可偏(piān)转。

有(yǒu)一种特殊的 V字形尾翼(yì),它既可以起垂直尾翼的作用(yòng),也可以起(qǐ)水平尾翼的(de)作用。水平尾翼一(yī)般(bān)位于主机翼之后(hòu)。但也有的飞机把“水平尾(wěi)翼”放在机翼之前,这种飞机称为鸭式飞机。此时,将前置“水平尾翼”称(chēng)之为“前翼”或“鸭翼”。没(méi)有水(shuǐ)平尾翼(yì) (甚至没有垂直尾翼的飞机称为无尾飞(fēi)机。这种飞机的(de)俯仰操纵、方向(xiàng)操纵、滚(gǔn)转(zhuǎn)操纵均由机翼后缘的活动翼面或发动机的推力矢量喷管控制(zhì)。

鸭翼

鸭式布局:座舱两侧(cè)有两个较小的三角(后(hòu)掠)翼,后边是一个大(dà)的三角(jiǎo)翼。比如中国的歼10、歼20、欧洲EF2000都采用鸭式布局(jú),是一种十(shí)分适合于超音速空战的气动布局。

早(zǎo)在二(èr)战前,前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主(zhǔ)翼之前的(de)机头两侧,就可(kě)以用较(jiào)小的翼(yì)面(miàn)来达到同样的操纵效能,而(ér)且前翼和机(jī)翼可以同时产生升力(lì),而不(bú)像(xiàng)水平尾翼(yì)那样(yàng),平衡俯仰力(lì)矩多数情(qíng)况下会产生负升力。

早(zǎo)期的鸭式布局飞起(qǐ)来像(xiàng)一只鸭子,“鸭式布局”由此得名。采用鸭式布(bù)局的飞机的前翼称为“鸭翼”。战(zhàn)机的(de)鸭翼(yì)有(yǒu)两种,一种是不能操纵的,其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼(yì)的前缘涡(wō)流,改善(shàn)飞机大迎(yíng)角状态的性能,也有利于飞机的短矩(jǔ)起降。

真正有可操(cāo)纵(zòng)鸭翼(yì)的战机目前(qián)有中国的(de)歼10 、欧洲的EF2000、法国的“阵风”和瑞(ruì)典(diǎn)的JAS39等。这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流(liú)外(wài),还用于改善跨音速过程中安定性骤降(jiàng)的问题,同时也可(kě)减少(shǎo)配平(píng)阻力(lì)、有利于超音速空战。在降落时,鸭翼还可偏转一个(gè)很大(dà)的负角,起减速板(bǎn)的作用。

后掠翼

机翼各剖(pōu)面沿展向后移的机翼称为后族翼,这种(zhǒng)机翼的外形特点是,其(qí)前缘(yuán)和后(hòu)缘均向(xiàng)后掠。机翼后掠的(de)程度用后掠(luě)角的大(dà)小来(lái)表示。

与平直(zhí)机翼相比,后掠翼(yì)的气动特点是可(kě)增大机翼(yì)的临界马(mǎ)赫数,并减小超音速飞行时的阻力。飞(fēi)机(jī)在飞行中,当垂直于机翼前缘的气(qì)流流速接近(jìn)音(yīn)速时,机(jī)翼上表面(miàn)局部地(dì)区的气流受凸起(qǐ)的翼面的(de)影(yǐng)响,其速度将会超(chāo)过音速,出现局部(bù)激波,从而使飞行阻(zǔ)力急剧增加。

后掠翼由于可使垂直于机翼前缘的气流速度分(fèn)量低于飞行(háng)速度,因而(ér)与平直机翼相比,只有在更高的飞行(háng)速(sù)度情况下才会出现激波即提高了临界(jiè)马赫数),从而推迟了机翼面(miàn)上激(jī)波(bō)的(de)产(chǎn)生,即使出现激波,也(yě)有(yǒu)助于(yú)减弱激波强度(dù),降低飞行(háng)阻(zǔ)力。后掠角的缺(quē)点(diǎn)是(shì)扭转刚度差、升力(lì)线斜率(lǜ)较低、气流(liú)容易从翼梢处分离、亚音速飞行(háng)时诱导阻力较大等(děng)。

三角(jiǎo)翼

平面形状为(wéi)三角形的机(jī)翼称为三角翼(yì)。与(yǔ)之相(xiàng)近的有双三角(jiǎo)翼和切角三角翼。目前常用的(de)主要是略有切角的三(sān)角(jiǎo)翼(yì)。三角翼(yì)飞机出现于50 年代,其(qí)代表(biǎo)机型(xíng)有美国(guó)的F102、前(qián)苏联的米格— 21、 法国的“幻影”Ⅲ等。

大后掠角(jiǎo)三角翼具(jù)有超音速阻力小、焦点随 M数变化小、结(jié)构刚度好等优点,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(yīn)速飞行状态,机翼的(de)升力(lì)线斜率较低、诱(yòu)导阻(zǔ)力(lì)较大、升阻比较小(xiǎo),从(cóng)而(ér)影响(xiǎng)飞(fēi)机(jī)的航程和起降性能。

变后掠翼

后掠角在飞行中可以改(gǎi)变的机翼称之为变后掠翼。在飞(fēi)机的设计工作中,有(yǒu)一个不易(yì)克服(fú)的矛盾:要想提高飞行M数,必须选择大后掠角、小展弦比(bǐ)的机翼,以(yǐ)降(jiàng)低飞(fēi)机的激波阻力,但此类(lèi)机(jī)翼在(zài)亚(yà)音速(sù)状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。从空气动力学的角(jiǎo)度讲(jiǎng),要同时满足飞(fēi)机对(duì)超音速(sù)飞行、亚音速巡航和短矩(jǔ)起降的(de)要求,最好(hǎo)是让(ràng)机(jī)翼(yì)变后掠,用不(bú)同的后掠角去适应不同(tóng)的飞(fēi)行状态。

对变(biàn)后掠翼的研究,始于 40年代(dài),但直到 60年代,才设计出实用的变后掠翼飞机。一(yī)般的变后掠(luě)翼的内翼(yì)段(duàn)是固(gù)定的,外(wài)翼同内翼用铰链轴连接,通过液压助力(lì)器(qì)操纵外翼前(qián)后转动,以改变外(wài)翼段的后擦角和整(zhěng)个机(jī)翼的展弦比。变后掠(luě)翼的缺点是,结构(gòu)和操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞机使(shǐ)用。美国的F14战斗机是可变后掠翼的代表机型。

边条翼

边条翼是 50 年代中期出(chū)现的一(yī)种新型机翼,一些第三代高机动战斗机采用了这种机(jī)翼,像美国(guó)的F18和中巴合(hé)研的“枭龙”都采用边条翼。

在飞(fēi)机中等后(hòu)掠角(后掠角 25度~45度(dù)左右的机翼根(gēn)部前(qián)缘(yuán)处,加(jiā)装一后掠角很大(dà)的细长(zhǎng)翼(后掠角65度~85所(suǒ)形成的复合机翼,称为边条翼。在边条翼中,原(yuán)后(hòu)掠翼(yì)称为基(jī)本翼,附加的(de)细(xì)长前翼部(bù)分称为(wéi)边条(tiáo)。

边条(tiáo)翼(yì)的(de)气动特(tè)点是(shì),在亚、跨(kuà)音速范(fàn)围内(nèi),当迎角不大(dà)时(shí),气流(liú)就从边(biān)条前缘分离,形(xíng)成(chéng)一(yī)个稳定的前缘脱体涡,在前缘脱体(tǐ)涡的诱导作用下,不但可使基(jī)本(běn)翼内(nèi)翼段的升力有较大幅度的增加,还使外翼(yì)段的气流受(shòu)到控制,在(zài)一定的迎角范围内(nèi)不发生无规则的分离,从而提(tí)高了机翼的临(lín)界迎角和(hé)抖(dǒu)振(zhèn)边界,保证飞机具有良(liáng)好的亚、跨音速(sù)气动特性(xìng)。在超音速状态下,由于加装(zhuāng)边条后,使内翼段部(bù)分的相对厚(hòu)度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。

另外,边条的存在,还可(kě)使飞机在跨音速和超(chāo)音速飞行时的全(quán)机焦点后(hòu)移量减小,导致飞机的配平阻力降(jiàng)低。因此(cǐ),这种机翼(yì)也具有良好的超音(yīn)速气动特性(xìng)。边条翼的缺点是,在小(xiǎo)迎(yíng)角(jiǎo)范围内,其(qí)升阻特性不如无边条的基本翼好(hǎo);它的力矩(jǔ)特(tè)性(xìng)也不理想(xiǎng),力矩(jǔ)曲线随(suí)迎角的变(biàn)化呈非线性。

翼身融合

一(yī)般的(de)翼身组合(hé)体是由机(jī)翼(yì)与机身两个(gè)部件接合而成的。在机翼与机身的交接处,机身的侧(cè)面与机(jī)翼表面构成直角(jiǎo)(或接近于直角),这样的组合,由(yóu)于(yú)浸润面积大(dà),阻(zǔ)力也较大。

为了减少翼(yì)身组合体的阻力,有些飞机在机翼与机身的(de)交接处增(zēng)装了整流带亦称整(zhěng)流包皮),使二(èr)者间圆滑过渡。在(zài)设计(jì)上(shàng),整流带(dài)一般(bān)是不承(chéng)受载(zǎi)荷的,但在飞行时,它很难不受(shòu)气(qì)动(dòng)力的影响,因(yīn)此,往(wǎng)往会发生(shēng)变形(xíng)等问(wèn)题。

后(hòu)来,研究人员根据翼身整流带的优缺点(diǎn),提出了翼身(shēn)融(róng)合体的概(gài)念(niàn),即(jí)把飞行器(qì)的机翼和机身合成一体来设(shè)计制(zhì)造,二者之间没有明(míng)显的界限(xiàn)。翼身融合体的(de)优点是结构(gòu)重量轻、内(nèi)部容积大、气动阻力小,可使飞机的飞行(háng)性能有(yǒu)较大改(gǎi)善。

后来还发现,由于消除了机翼与机身(shēn)交接(jiē)处的直角,翼身(shēn)融合体也有助于减小飞机的雷(léi)达反(fǎn)射截面积,改善隐身(shēn)性能。这一设(shè)计的典型代表是法(fǎ)国的“阵风”战斗机。翼身融合体(tǐ)的缺点是:外形复杂,设计和制造比较困难。

前掠(luě)翼

另外(wài),还有一些战斗机采用了前(qián)掠翼技(jì)术,与后(hòu)掠(luě)翼相反,前掠翼(yì)的(de)外形特点是前缘和后缘均向前掠。这种(zhǒng)战机目前仅仅停留于验证阶段。

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