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带你认识战斗机机(jī)翼(yì)

 

战斗(dòu)机机翼的主要作用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还起一定(dìng)的稳定(dìng)和操纵作用。根据机翼的平(píng)面形状(zhuàng)来区分,常(cháng)用(yòng)的有(yǒu)矩形翼、梯形翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边(biān)条(tiáo)翼等。

根据机翼在机身的前后位(wèi)置及(jí)作(zuò)用(yòng)可分为(wéi)主机(jī)翼、尾翼(平尾和垂尾或倾斜尾翼)、前翼{又称鸭(yā)翼(yì)}。而根据主机翼与机身的角度不同来划分,又有前(qián)掠翼、后(hòu)掠翼和可变后掠翼。

现代飞机一般(bān)都是单翼(yì)机(jī),但历(lì)史上也(yě)曾流行(háng)过双翼(yì)机两副机翼上下重叠(dié))、三翼机和多翼机。根据单翼机的机翼与机身的连(lián)接位置,可(kě)分为下单翼、中单翼、上单翼和伞式上单翼(即机翼在机身的(de)上方,由一组撑杆将机(jī)翼和机身连接在一起(qǐ))

下(xià)面(miàn)从各个不同角(jiǎo)度来认(rèn)识一(yī)下战(zhàn)斗机常用的几类机翼。

尾翼(yì)

尾翼(yì)是(shì)安(ān)装在飞(fēi)机后部的起稳定和操纵作(zuò)用的装(zhuāng)置。尾(wěi)翼一般分为垂直(zhí)尾翼和(hé)水平(píng)尾翼。垂直尾翼由固定的垂直安定面和可(kě)动的方向舵(duò)组成,它在(zài)飞机上主要起方向(xiàng)安定和方向(xiàng)操纵的(de)作用。垂(chuí)直尾翼简称垂尾(wěi)或立尾。根据垂尾的数目,飞机可(kě)分为单垂(chuí)尾(wěi)、双垂(chuí)尾、三垂尾和四垂尾飞机。

现(xiàn)在双垂尾布局的战斗机(jī)有些(xiē)采用V形(xíng)布局,例(lì)如美国的第四代战斗机F22。水平尾翼由固定的水平安(ān)定面和可动的(de)升(shēng)降(jiàng)舵组成,它在飞机土主要起纵向安定和俯仰操纵的作用。水平尾翼可简称平尾。有的(de)飞(fēi)机为了提高(gāo)俯仰操(cāo)纵效率,采(cǎi)用的是全动(dòng)平尾,即(jí)平尾没有水平安定面,整个(gè)翼面均可偏转。

有(yǒu)一种(zhǒng)特殊的 V字形尾(wěi)翼(yì),它既(jì)可以起(qǐ)垂直(zhí)尾翼的作用,也(yě)可以(yǐ)起水平尾翼的(de)作(zuò)用。水(shuǐ)平尾翼一般位于(yú)主机翼之后。但也有的飞机把“水平(píng)尾翼”放在机翼之(zhī)前,这种飞(fēi)机称为鸭式(shì)飞机。此时,将前置“水平尾(wěi)翼(yì)”称之为“前翼”或“鸭翼”。没有水平(píng)尾(wěi)翼 (甚至没有垂(chuí)直尾翼的飞机称为无尾飞机(jī)。这种飞机(jī)的俯仰操纵、方向操纵、滚转操(cāo)纵均由(yóu)机(jī)翼后缘的活动翼面或发动(dòng)机(jī)的推力矢量喷管控制。

鸭翼

鸭式布局(jú):座(zuò)舱两(liǎng)侧(cè)有两(liǎng)个较小的三角(后掠)翼,后边是一个大的三角翼。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(fèn)适合于超音速空战的(de)气动布局。

早在二战前,前苏联(lián)已经(jīng)发现(xiàn)如果将水平(píng)尾翼移(yí)到主翼之前的(de)机头两侧,就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能,而且前翼和(hé)机翼可以同时(shí)产生(shēng)升力,而不像水(shuǐ)平尾翼那(nà)样,平衡俯(fǔ)仰力(lì)矩多(duō)数情(qíng)况下会产生(shēng)负(fù)升力。

早期的鸭式布局飞起来像(xiàng)一只(zhī)鸭子,“鸭式布局”由此得名。采(cǎi)用鸭式布局的(de)飞机的(de)前翼称为“鸭翼(yì)”。战机的鸭翼有(yǒu)两种,一(yī)种是不(bú)能操纵(zòng)的(de),其功(gōng)能是当飞机处在大迎角状态时(shí)加强机翼的前缘涡流,改善飞机大迎角状态的性能,也有利于飞机(jī)的短矩起降。

真正有可操(cāo)纵鸭翼的战(zhàn)机(jī)目前(qián)有中(zhōng)国的歼10 、欧洲的EF2000、法国的“阵(zhèn)风”和瑞典的JAS39等。这(zhè)些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外(wài),还用于改善跨音速(sù)过程(chéng)中安定性(xìng)骤降的问(wèn)题,同时也可减少(shǎo)配平阻力(lì)、有利于超音速空(kōng)战。在降(jiàng)落时,鸭翼(yì)还可偏(piān)转(zhuǎn)一(yī)个很大的负角(jiǎo),起(qǐ)减速(sù)板的作用。

后掠翼

机翼各剖面(miàn)沿展向后移(yí)的机翼称为后族翼,这(zhè)种机翼的外形特(tè)点是,其前(qián)缘和后缘均向后掠。机翼后掠的程度用后掠角的(de)大小来表(biǎo)示。

与平直机翼(yì)相比,后掠翼的气动特点是可增(zēng)大机翼的临界马(mǎ)赫数,并(bìng)减小超音速飞行时的阻(zǔ)力。飞机在飞行中,当垂直于机翼前缘的气流流速(sù)接近音速(sù)时,机翼上表(biǎo)面局部地区的气流受凸起的翼面(miàn)的影响,其速度(dù)将会超过(guò)音速,出现(xiàn)局部激波,从而使飞行阻力急剧增加。

后掠翼由(yóu)于可使垂直于(yú)机翼(yì)前缘的气流速度分量(liàng)低于(yú)飞(fēi)行速度,因而与平(píng)直机翼相比,只有在更高的(de)飞行速度情(qíng)况下才会出(chū)现激波即提高(gāo)了临(lín)界马(mǎ)赫数),从而推迟了机(jī)翼面上激波的产生,即使出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻力。后掠角的缺点是(shì)扭转刚度差、升力线(xiàn)斜率较低、气流容易从(cóng)翼(yì)梢处分离、亚音速飞(fēi)行时诱导阻力较大等。

三(sān)角(jiǎo)翼

平面形状(zhuàng)为三角形的机翼称(chēng)为三角翼。与之相近的有双三角翼和切角三角(jiǎo)翼。目前常用的主要是略有切角的三角(jiǎo)翼。三角(jiǎo)翼飞机出现于50 年代,其代表(biǎo)机型有美国的F102、前苏联的米(mǐ)格— 21、 法(fǎ)国的“幻影”Ⅲ等。

大后掠角三角(jiǎo)翼具有(yǒu)超音(yīn)速阻力小(xiǎo)、焦点随 M数变化小(xiǎo)、结构(gòu)刚度好(hǎo)等优点,适合于超音速飞行和机动飞行。三(sān)角翼(yì)的缺点是(shì):在亚音(yīn)速(sù)飞(fēi)行状态(tài),机翼的(de)升力线斜率较(jiào)低、诱导阻力(lì)较大(dà)、升阻比较小(xiǎo),从而影响飞(fēi)机的航程(chéng)和起降性能。

变后(hòu)掠(luě)翼(yì)

后掠角在飞行中可以改变的(de)机翼称之为变后掠翼。在飞机的设计工作中,有一个不易(yì)克(kè)服的矛盾:要想(xiǎng)提高飞行M数,必须(xū)选择大后掠角、小(xiǎo)展弦比的机翼(yì),以降(jiàng)低飞机的激波阻力,但此(cǐ)类机翼在亚音速状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。从空气(qì)动力学的角度讲,要同时满足飞机对超音速飞(fēi)行、亚音速巡(xún)航和短矩起降的(de)要(yào)求,最好是让机翼变后掠,用不同的后掠(luě)角(jiǎo)去适应(yīng)不同的飞(fēi)行状(zhuàng)态。

对变(biàn)后掠翼的(de)研究,始(shǐ)于 40年代,但直到(dào) 60年代,才(cái)设计出实用的变后掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固(gù)定的(de),外翼同内翼用铰链(liàn)轴连接,通过液压(yā)助力器(qì)操(cāo)纵外翼前后转动,以改(gǎi)变外翼段的(de)后(hòu)擦角和(hé)整个机翼(yì)的(de)展弦比。变后掠翼的缺(quē)点是,结构和操(cāo)纵系统复杂,重量较(jiào)大,不大(dà)适(shì)合轻型(xíng)飞机使用。美国的(de)F14战斗机是可变后(hòu)掠(luě)翼的代表机型。

边条翼

边条翼是(shì) 50 年代中期出现的一种新型机翼,一些(xiē)第三代高(gāo)机(jī)动战斗机采用了这种机翼,像美(měi)国的F18和(hé)中巴合研(yán)的(de)“枭龙”都采用边条翼。

在飞机中(zhōng)等后掠角(jiǎo)(后掠角 25度~45度左右的机翼(yì)根部前(qián)缘处,加装(zhuāng)一(yī)后掠(luě)角很大的细长翼(后(hòu)掠角65度(dù)~85所(suǒ)形成的(de)复(fù)合机翼,称为边条翼(yì)。在边条(tiáo)翼中(zhōng),原后掠翼称为基本翼,附加的(de)细长前翼部(bù)分称为边条。

边条翼的气动(dòng)特(tè)点是,在(zài)亚、跨(kuà)音(yīn)速范(fàn)围内,当迎角不大时,气流就从边条前缘分离(lí),形成一个稳(wěn)定(dìng)的(de)前缘脱体(tǐ)涡,在前缘脱(tuō)体涡的诱导作用下,不但可使基(jī)本翼内(nèi)翼段(duàn)的升力有较大(dà)幅度的增加(jiā),还使外翼段(duàn)的(de)气流受到(dào)控制,在一定的(de)迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了(le)机(jī)翼的临界迎角(jiǎo)和(hé)抖振边界,保证飞机具有良好的亚、跨(kuà)音速气(qì)动特性。在(zài)超(chāo)音速状态下,由于加装边(biān)条后,使内翼段部分的相(xiàng)对(duì)厚度变小,机翼的等效后掠角增大,可明显降低激波阻力。

另外,边条的(de)存在,还(hái)可使飞机(jī)在跨(kuà)音速和超音(yīn)速飞行时的全机焦点后移(yí)量减小,导(dǎo)致(zhì)飞机的配(pèi)平阻力降低。因此,这种机翼也具有(yǒu)良好的(de)超音速气动特性。边条翼的缺点是,在小迎角范围内,其升阻特(tè)性不如无边条的基本翼好;它(tā)的力矩特性也不理想,力矩曲(qǔ)线随迎角的变化呈非线性。

翼身融合

一般的(de)翼身组合体是由(yóu)机翼与(yǔ)机身两个部件(jiàn)接合而成的(de)。在机翼与机身的(de)交(jiāo)接(jiē)处(chù),机身的侧面与机翼表(biǎo)面构成直角(或接近于直角),这样(yàng)的组合,由于浸润(rùn)面积大(dà),阻力也较(jiào)大(dà)。

为了减少(shǎo)翼身组合体的阻力,有些飞(fēi)机在机翼与机身的(de)交接处(chù)增装了整流带亦称整流包(bāo)皮),使二者间圆滑(huá)过渡。在设计上,整流带(dài)一般(bān)是不承受载荷的,但在飞行(háng)时,它很难不(bú)受气动力的影响(xiǎng),因此,往(wǎng)往会(huì)发(fā)生变形等(děng)问题。

后来,研究人员根据(jù)翼(yì)身整流带的(de)优(yōu)缺点,提出了翼身融合体的概念(niàn),即把(bǎ)飞行器的机(jī)翼和机身合成一体(tǐ)来设计制造,二者之间(jiān)没有明显的界(jiè)限。翼身融合体的优点是结构重量轻、内部容积大(dà)、气动阻力小,可使(shǐ)飞机的(de)飞行性(xìng)能有较大改善。

后来还(hái)发现,由于消除(chú)了(le)机翼与机身交(jiāo)接(jiē)处的直角(jiǎo),翼身融合体也(yě)有(yǒu)助于减小飞机(jī)的雷达反(fǎn)射截面积,改善隐身性能。这一设计(jì)的典型代表是法国的“阵风(fēng)”战斗机。翼身(shēn)融合体的缺点是:外(wài)形复杂,设计(jì)和制造比(bǐ)较(jiào)困难。

前掠(luě)翼

另外,还有一些战斗(dòu)机采用了前掠翼(yì)技术,与后(hòu)掠翼相反,前掠翼的外(wài)形特点(diǎn)是前缘和(hé)后缘均(jun1)向前掠。这种战机目前仅仅停留于验(yàn)证阶段。

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