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带你认识战斗机机(jī)翼

 

战斗机机翼的主(zhǔ)要作用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还(hái)起一定的(de)稳定和操(cāo)纵作用。根(gēn)据机翼的平(píng)面形状来区分,常用的有矩形翼、梯形翼、三角翼、双三(sān)角翼、箭形翼、边条翼等。

根据(jù)机翼(yì)在机身的前后位(wèi)置及作用可(kě)分为主机翼、尾翼(平尾(wěi)和垂(chuí)尾(wěi)或倾斜(xié)尾翼)、前翼(yì){又称鸭翼}。而根据主机翼与机身的角度不同来划分,又(yòu)有(yǒu)前掠翼、后掠翼和可变(biàn)后掠(luě)翼。

现代飞机一(yī)般都是单翼机,但历史上也曾流行过双(shuāng)翼机(jī)两副机翼(yì)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接位置,可(kě)分为下单翼(yì)、中单翼、上(shàng)单翼和伞(sǎn)式上单翼(即机翼(yì)在机身的上(shàng)方,由一组撑杆将机翼和(hé)机身连接在一起(qǐ))

下面(miàn)从各个(gè)不同角度来(lái)认识一下(xià)战斗机常用的几类机翼(yì)。

尾翼(yì)

尾翼是安装在飞机后部(bù)的起稳定(dìng)和操纵作用的装置。尾翼一般分(fèn)为垂直尾翼(yì)和水平尾(wěi)翼(yì)。垂直尾翼由固定的垂(chuí)直安定面(miàn)和可动的方向舵组成,它在飞机上(shàng)主要起方向安定和方(fāng)向操纵(zòng)的作(zuò)用。垂直尾翼简称(chēng)垂(chuí)尾或立尾。根据垂尾的数目,飞(fēi)机可分为(wéi)单(dān)垂尾、双垂尾、三垂(chuí)尾和四垂尾飞机。

现在双(shuāng)垂尾(wěi)布局(jú)的战斗机有些采用V形布局,例如美国的(de)第四代战斗机F22。水平尾(wěi)翼(yì)由固(gù)定的水平(píng)安定面和(hé)可动的升降舵(duò)组成(chéng),它在飞机土主要起纵向安定和俯仰(yǎng)操纵的作用。水平尾翼可简称平尾。有的(de)飞机为了(le)提高俯(fǔ)仰操纵效率,采用(yòng)的是(shì)全动平(píng)尾,即平尾没有水(shuǐ)平安定面,整个翼面均可偏转。

有(yǒu)一种特(tè)殊的 V字形(xíng)尾翼,它既可以起垂(chuí)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(jī)翼之后。但也有的(de)飞机把(bǎ)“水平尾翼(yì)”放(fàng)在机(jī)翼之(zhī)前(qián),这(zhè)种飞机称为鸭式飞机(jī)。此时(shí),将(jiāng)前置“水平尾翼(yì)”称之为“前翼”或“鸭翼(yì)”。没(méi)有(yǒu)水平尾翼(yì) (甚(shèn)至没有垂直尾翼的飞机称为无尾飞机。这种飞机的俯(fǔ)仰操纵、方向操纵、滚转(zhuǎn)操纵均(jun1)由机翼后缘的活动翼面或发(fā)动机的推力(lì)矢量喷管控制。

鸭翼

鸭(yā)式(shì)布局(jú):座舱两侧有两个较小的三角(后掠)翼,后(hòu)边是一个大(dà)的三角翼。比如中国的(de)歼10、歼(jiān)20、欧洲EF2000都采用(yòng)鸭式布局,是一种十分适(shì)合于超音速空战的气动布局。

早在(zài)二战前,前苏联已经(jīng)发现如(rú)果(guǒ)将水平尾翼移(yí)到(dào)主翼(yì)之前的机头两侧(cè),就可以(yǐ)用较小的翼面来(lái)达(dá)到同样的操纵效能,而且前翼(yì)和机翼(yì)可以同时(shí)产(chǎn)生(shēng)升力,而(ér)不像水(shuǐ)平尾翼那(nà)样(yàng),平衡俯仰力矩多数情况(kuàng)下会产生负升力。

早期的鸭式布局飞起来(lái)像一(yī)只鸭(yā)子,“鸭(yā)式布局”由此得名。采用(yòng)鸭式布局的飞机的(de)前翼称为(wéi)“鸭翼”。战机的鸭翼有两种,一(yī)种是不能操纵(zòng)的,其功能(néng)是当飞机处在大迎(yíng)角状态时加强(qiáng)机翼的前缘涡流,改善(shàn)飞机大(dà)迎角状态的性能,也(yě)有(yǒu)利于飞机的短矩(jǔ)起降。

真正有可操(cāo)纵鸭翼的战(zhàn)机目前有中(zhōng)国的歼10 、欧(ōu)洲的EF2000、法国的“阵风”和瑞典(diǎn)的JAS39等。这些飞(fēi)机的鸭翼除了(le)用以(yǐ)产生涡流外,还用于改善跨音速过程中安定(dìng)性骤降的问题,同时也可减(jiǎn)少配平阻力、有利于(yú)超音速空战。在降(jiàng)落时,鸭(yā)翼还可偏转一个很大(dà)的负(fù)角(jiǎo),起(qǐ)减速(sù)板的作(zuò)用。

后(hòu)掠翼

机翼各剖面沿展(zhǎn)向后移的机翼称为后族翼(yì),这(zhè)种机(jī)翼的外形(xíng)特点是,其前缘和后缘(yuán)均向后掠。机翼后掠的程(chéng)度用后掠(luě)角的大小(xiǎo)来表示。

与平直机翼(yì)相比(bǐ),后掠翼的气动特点是可增大机翼(yì)的临界马赫(hè)数,并减(jiǎn)小超音速飞行(háng)时的阻力。飞(fēi)机在飞行(háng)中(zhōng),当垂(chuí)直于机翼前(qián)缘的气流流(liú)速接近音速时,机翼(yì)上表(biǎo)面局(jú)部地区的气流受(shòu)凸起的翼面的(de)影(yǐng)响,其速度将会超过音(yīn)速,出现局(jú)部激波,从而使(shǐ)飞行(háng)阻(zǔ)力急剧增加。

后掠(luě)翼(yì)由于可使垂直于机翼前缘的气流速度(dù)分(fèn)量低于飞行速度,因(yīn)而与(yǔ)平直机翼相比,只有在更高的飞(fēi)行(háng)速(sù)度情况下才会出现激波即提(tí)高了临界马赫数),从而推迟了机翼(yì)面上激波的(de)产生,即使出现激波,也有助于减弱激波(bō)强度(dù),降低飞(fēi)行阻(zǔ)力。后(hòu)掠角的缺点是(shì)扭转刚度差、升(shēng)力线斜率(lǜ)较低、气(qì)流容易从翼梢(shāo)处(chù)分离、亚音速飞行时诱导阻力较大等(děng)。

三角翼

平面形状为三角形的(de)机(jī)翼称为三角(jiǎo)翼。与之相近的(de)有(yǒu)双(shuāng)三角翼和切角三(sān)角翼。目前常用的(de)主要是略有(yǒu)切角(jiǎo)的三(sān)角翼。三角翼飞机出现于50 年代,其(qí)代表(biǎo)机(jī)型有美国的F102、前苏联(lián)的米(mǐ)格— 21、 法国的“幻影”Ⅲ等。

大后(hòu)掠角三角翼具有超(chāo)音速阻力小、焦点随 M数变化小、结(jié)构刚度好等(děng)优点,适合于超音速(sù)飞行和(hé)机动飞(fēi)行。三角翼的缺点是:在亚音速飞行状态(tài),机翼的(de)升力线斜率(lǜ)较低(dī)、诱导阻力较大、升阻比较小,从而影响(xiǎng)飞(fēi)机(jī)的航程和起降性能。

变(biàn)后掠翼(yì)

后掠(luě)角在飞行中(zhōng)可以改变的机(jī)翼称之为(wéi)变后掠翼。在飞机的设计工作中(zhōng),有一个不易克(kè)服的矛盾:要想提高飞行M数,必须(xū)选(xuǎn)择大后掠角、小展弦比的机翼,以降低飞机的(de)激波阻力,但此类(lèi)机翼(yì)在(zài)亚音(yīn)速(sù)状态时升力较(jiào)小,诱(yòu)导(dǎo)阻力较大,效率不高。从空气动力学的角度(dù)讲,要同(tóng)时满足飞(fēi)机对超音速(sù)飞行(háng)、亚(yà)音速巡航和短(duǎn)矩(jǔ)起降的要求,最好(hǎo)是让机翼变后掠,用(yòng)不同的后掠角(jiǎo)去适应不同(tóng)的(de)飞行状态。

对变后掠翼的研究,始于(yú) 40年代(dài),但直到 60年(nián)代,才设计(jì)出(chū)实用的变后(hòu)掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固定的,外(wài)翼同内翼用铰(jiǎo)链轴(zhóu)连接,通过液(yè)压助力器操纵外翼前后转动,以改变(biàn)外(wài)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(hé)操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞机使用。美(měi)国的(de)F14战(zhàn)斗机(jī)是可变后掠翼的(de)代表(biǎo)机(jī)型。

边条翼

边条翼是 50 年代中期出现的一种新型机翼,一些第三代高(gāo)机动战斗机采(cǎi)用(yòng)了这种机翼,像美国的F18和中巴合研的“枭龙”都采用边条翼。

在飞机中等后掠角(后掠角 25度~45度左右的(de)机翼根(gēn)部前缘处,加装一后掠(luě)角很大(dà)的(de)细(xì)长翼(yì)(后掠角65度~85所形成的复(fù)合机(jī)翼,称为边条翼(yì)。在(zài)边条翼中,原后掠翼(yì)称为基本翼,附加的细长前翼(yì)部分称为边(biān)条。

边条翼的(de)气动特点(diǎn)是,在亚、跨音速范(fàn)围内,当迎(yíng)角不大时,气流就从边条前缘分离(lí),形成一个(gè)稳(wěn)定的前(qián)缘脱体涡,在(zài)前缘脱体涡的诱导作(zuò)用下,不但可使(shǐ)基本翼(yì)内翼段的升力(lì)有较(jiào)大幅度的增加,还使外翼段的气流受到控制(zhì),在(zài)一定的迎角范围内不发生无规则的分离,从而提高了机翼的临(lín)界迎(yíng)角和抖振(zhèn)边界,保(bǎo)证飞机具(jù)有良(liáng)好的亚、跨音速气动(dòng)特(tè)性。在超音(yīn)速状态下,由于加装边条后(hòu),使内翼段部(bù)分(fèn)的(de)相(xiàng)对厚度(dù)变小,机翼(yì)的等效(xiào)后掠(luě)角增(zēng)大,可明显(xiǎn)降(jiàng)低激波阻力。

另外,边条(tiáo)的存在,还可使(shǐ)飞机在(zài)跨(kuà)音速和超(chāo)音速飞行时的(de)全机焦点后移(yí)量减小,导致(zhì)飞机(jī)的(de)配平阻力降低。因此,这种机(jī)翼也具有(yǒu)良好的超音(yīn)速气动特性。边条翼的缺点是,在(zài)小迎角范围内,其升阻特性不如无边(biān)条(tiáo)的基本翼好;它的力矩特性也不理(lǐ)想(xiǎng),力矩曲线随迎角的变化呈非线性。

翼身(shēn)融合

一般(bān)的翼身组合体是由机翼(yì)与机(jī)身两个部件接合(hé)而成的。在(zài)机翼(yì)与机身的交接(jiē)处,机身的侧面与机翼表(biǎo)面(miàn)构成直(zhí)角(或接近于直角),这样的组合(hé),由于浸(jìn)润面积大,阻力也较大(dà)。

为了减少(shǎo)翼(yì)身组(zǔ)合体的阻力,有些飞机在机翼与(yǔ)机身的交接处增装了(le)整(zhěng)流(liú)带亦称(chēng)整流(liú)包皮),使二者间圆滑过渡。在(zài)设计(jì)上,整流带一般是不承(chéng)受(shòu)载(zǎi)荷的,但在(zài)飞行(háng)时,它很(hěn)难不受气动力的影响,因此(cǐ),往往会发生变(biàn)形等(děng)问(wèn)题。

后(hòu)来,研究人员根(gēn)据(jù)翼(yì)身整流带的(de)优缺点,提出了(le)翼身(shēn)融合体的概念,即把飞行器的机翼和机(jī)身合(hé)成一体来设计制造,二者之间没有明显的(de)界限。翼(yì)身(shēn)融合体的优点是(shì)结(jié)构重量(liàng)轻、内部容积(jī)大、气动阻力小(xiǎo),可使飞机的(de)飞行性能有较大改善(shàn)。

后来(lái)还发(fā)现,由于消(xiāo)除了(le)机翼与(yǔ)机身交接处(chù)的直角,翼身融合体(tǐ)也(yě)有助于减小飞机(jī)的雷达反射截(jié)面积(jī),改善(shàn)隐身(shēn)性能。这一设计的典型代(dài)表是(shì)法国(guó)的“阵风”战斗机。翼身融合(hé)体的缺点是:外形复(fù)杂,设计和制造比较困难。

前掠翼

另(lìng)外,还有一些战斗机(jī)采用了前掠翼技术(shù),与后掠翼(yì)相(xiàng)反(fǎn),前掠翼的外形特点是前(qián)缘和后缘均向前掠。这种(zhǒng)战(zhàn)机目前仅仅停留(liú)于验证(zhèng)阶段。

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