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带你认(rèn)识(shí)战斗机机翼

 

战斗(dòu)机机翼(yì)的主要作(zuò)用是产生升力,以支持飞机在空中飞行。它还起一定的稳定和操纵作用(yòng)。根(gēn)据机翼的平面形状(zhuàng)来区分,常用(yòng)的有矩(jǔ)形翼、梯形翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边(biān)条翼等。

根(gēn)据机翼在机身的前后位(wèi)置(zhì)及(jí)作用可分为(wéi)主机翼、尾翼(平尾和垂尾(wěi)或倾斜(xié)尾翼)、前(qián)翼{又称鸭翼(yì)}。而根(gēn)据主(zhǔ)机(jī)翼与机身的角度不同(tóng)来划分,又有(yǒu)前掠(luě)翼、后掠翼和可(kě)变后掠翼。

现代飞机一般都是单翼机(jī),但(dàn)历史上也曾流行过双翼机两副机(jī)翼上下重(chóng)叠)、三翼(yì)机和多(duō)翼机。根据单翼(yì)机的机翼与机(jī)身(shēn)的连接位置(zhì),可分(fèn)为(wéi)下(xià)单翼、中单翼、上单翼和伞式上单翼(即机翼在机身的上方(fāng),由(yóu)一组撑(chēng)杆将机翼(yì)和机身(shēn)连接在一起)。

下(xià)面从(cóng)各个不同角(jiǎo)度来认识一下战(zhàn)斗机常用的几类机翼。

尾翼

尾翼(yì)是安装在飞机(jī)后部的起稳定和操纵作用(yòng)的装置。尾翼一般分为垂(chuí)直尾翼和水平(píng)尾翼。垂直尾翼(yì)由固定的(de)垂直安定面(miàn)和可(kě)动的(de)方向舵组成,它在飞机上主要起方向安定和方向操(cāo)纵的作用。垂直尾翼简称垂(chuí)尾或立(lì)尾。根据垂(chuí)尾的数目,飞机(jī)可分为单垂尾、双(shuāng)垂尾、三垂尾和四垂尾飞机。

现在双垂尾布局的战斗机有些采用V形布局,例如美(měi)国(guó)的第四(sì)代战斗机F22。水平尾翼由固定的水平安定(dìng)面(miàn)和可动(dòng)的升降舵组成,它(tā)在飞机土主要起纵向安定和俯仰操(cāo)纵的(de)作用。水平尾翼可简称平尾(wěi)。有的(de)飞机为了提高俯(fǔ)仰(yǎng)操纵(zòng)效率(lǜ),采用的(de)是全动平尾,即平尾没有(yǒu)水平安定面,整个翼面(miàn)均可(kě)偏转。

有一种特殊的 V字形尾翼,它(tā)既可以起(qǐ)垂直尾翼的作用,也可以起水平尾翼的作用。水(shuǐ)平尾翼一般位于主机翼(yì)之后。但也(yě)有的飞机(jī)把“水(shuǐ)平尾翼(yì)”放在机翼之前,这种飞机称(chēng)为鸭式(shì)飞(fēi)机。此时(shí),将前置“水平尾翼”称之为(wéi)“前翼”或(huò)“鸭翼”。没有水(shuǐ)平尾翼 (甚至没有垂直尾翼的飞(fēi)机称为无尾飞机。这种飞(fēi)机的(de)俯(fǔ)仰(yǎng)操(cāo)纵、方向操纵、滚(gǔn)转操(cāo)纵均由(yóu)机翼后缘的活(huó)动(dòng)翼面或发动机的(de)推力矢量喷管控制。

鸭翼

鸭式布局(jú):座舱(cāng)两(liǎng)侧有两个(gè)较小的三角(后(hòu)掠)翼,后边是一(yī)个大的三角翼。比如中国的歼10、歼20、欧洲EF2000都采用(yòng)鸭式布局,是一种十分适合于超(chāo)音(yīn)速空(kōng)战(zhàn)的气(qì)动布局(jú)。

早在(zài)二战前(qián),前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的(de)机头两(liǎng)侧(cè),就可以用较小的翼面来达到同样(yàng)的操纵效能,而且前翼和机翼(yì)可(kě)以同时产生升力,而(ér)不像水平尾翼(yì)那样,平衡俯仰力矩多(duō)数(shù)情况下会产生负升力。

早(zǎo)期的鸭式(shì)布局飞起来(lái)像一只(zhī)鸭子,“鸭式布局”由此得名(míng)。采用鸭式布局(jú)的(de)飞机的(de)前翼称为(wéi)“鸭翼”。战机的鸭翼有两种,一(yī)种是不能操纵的,其功能是当(dāng)飞机处在大迎角(jiǎo)状态时加强(qiáng)机(jī)翼的前缘(yuán)涡流,改善飞机(jī)大迎角状态(tài)的(de)性能,也(yě)有利于飞机的短矩起降。

真正有可操纵鸭翼的战机(jī)目前有(yǒu)中(zhōng)国的歼10 、欧洲的(de)EF2000、法国的“阵风”和瑞(ruì)典的JAS39等。这(zhè)些飞机的(de)鸭翼除了(le)用以产生涡流外,还用于改善跨音速过程中(zhōng)安定性骤降的问题,同时也可减少配平(píng)阻力、有利于超音速空战。在降落(luò)时,鸭翼还可偏转(zhuǎn)一个很大的负角,起减速板的作用(yòng)。

后掠(luě)翼

机翼各(gè)剖面(miàn)沿展向后移的机翼称为后族翼(yì),这种机翼的外(wài)形特点是,其(qí)前缘和后缘均(jun1)向后掠。机(jī)翼后掠(luě)的(de)程(chéng)度用(yòng)后掠角的(de)大小来表示(shì)。

与(yǔ)平直机翼(yì)相比,后(hòu)掠(luě)翼(yì)的气(qì)动特(tè)点是可(kě)增大机(jī)翼的临界马赫(hè)数,并减小超音速飞行时的阻力。飞机在飞行中(zhōng),当垂直于机翼前缘的气流流速(sù)接(jiē)近音速(sù)时,机翼上表面局部地区的气流受(shòu)凸起的翼面(miàn)的影响,其速度将会超(chāo)过音速,出现局部激波,从(cóng)而使飞(fēi)行阻力急剧(jù)增加。

后掠翼由于(yú)可(kě)使垂直于(yú)机翼前缘的气流速度分量低(dī)于飞行速度,因而(ér)与平(píng)直机翼相比,只(zhī)有在更高的飞(fēi)行速度情(qíng)况下才会出现(xiàn)激(jī)波(bō)即提高了临界马赫数),从而推迟了(le)机翼(yì)面上激波的产生,即使出现激波,也有(yǒu)助于减弱激波强度,降低飞(fēi)行阻力(lì)。后掠角的缺(quē)点是扭转刚度(dù)差、升力(lì)线斜率较低、气流容易从翼梢处分离(lí)、亚音(yīn)速飞行时诱(yòu)导阻力较大等。

三角翼

平(píng)面形状为(wéi)三(sān)角形的机翼称(chēng)为三角翼。与之相近的有双(shuāng)三(sān)角翼和切角三角翼。目前常用的主要是(shì)略有切角(jiǎo)的(de)三(sān)角翼(yì)。三角翼飞机出现于50 年代,其(qí)代表机型有美国的(de)F102、前苏联(lián)的米格(gé)— 21、 法国的“幻影”Ⅲ等。

大(dà)后掠角三角翼(yì)具有超音速(sù)阻力小、焦点随 M数变化小(xiǎo)、结(jié)构刚度好(hǎo)等优点(diǎn),适合于(yú)超音速(sù)飞行和机动飞(fēi)行。三角(jiǎo)翼的缺(quē)点是:在亚音(yīn)速飞行状态,机(jī)翼的(de)升力线斜率较低、诱(yòu)导阻(zǔ)力(lì)较(jiào)大、升阻比较小(xiǎo),从而影(yǐng)响飞(fēi)机的航程和起降性(xìng)能。

变后掠翼(yì)

后掠(luě)角在(zài)飞行(háng)中(zhōng)可以改(gǎi)变的机(jī)翼称之为(wéi)变后(hòu)掠翼。在飞机的设计工作中,有一个不易(yì)克服的矛盾:要想提高(gāo)飞行M数,必须选择大后掠角(jiǎo)、小展弦比(bǐ)的机(jī)翼(yì),以降低飞机的激波阻力,但此类机(jī)翼在亚音(yīn)速状态时升(shēng)力(lì)较小,诱导阻力(lì)较大,效率(lǜ)不高。从(cóng)空气动力学的角度(dù)讲,要(yào)同时(shí)满足飞机(jī)对超音速飞行、亚音速巡航(háng)和短矩(jǔ)起(qǐ)降(jiàng)的(de)要求,最好是让机翼变后(hòu)掠,用不同的后掠角去适应(yīng)不同的飞行状态(tài)。

对变后掠翼的研(yán)究,始于(yú) 40年代(dài),但直到 60年(nián)代,才设(shè)计出实用的变后掠翼飞机(jī)。一(yī)般的变后掠(luě)翼的(de)内翼段是固定的,外(wài)翼同内翼用铰(jiǎo)链轴连接(jiē),通过液压助(zhù)力器(qì)操纵外翼前后转(zhuǎn)动,以改变外翼段的后(hòu)擦角和整(zhěng)个机翼的展(zhǎn)弦比。变后掠翼的缺点是(shì),结构(gòu)和操纵系统复杂,重量较大,不大适合轻型飞(fēi)机使用。美国的F14战斗机是(shì)可变后掠翼的代表机(jī)型(xíng)。

边条翼

边条(tiáo)翼是 50 年代中期(qī)出现的(de)一种新(xīn)型机翼(yì),一些第三代高机动战斗(dòu)机采用了这种机翼(yì),像美国的F18和(hé)中巴合研(yán)的“枭龙”都(dōu)采用边条(tiáo)翼。

在飞机中等后掠角(后掠(luě)角 25度~45度左右(yòu)的机翼根部前缘(yuán)处(chù),加装一后(hòu)掠角很大的细长翼(后(hòu)掠角65度~85所形成的复合机翼(yì),称为边(biān)条(tiáo)翼。在(zài)边条翼中,原后掠翼称为(wéi)基本翼,附加的细长前翼部分称为边条。

边条(tiáo)翼(yì)的气动特点是(shì),在(zài)亚、跨音速(sù)范围内,当迎角不大时,气(qì)流就(jiù)从(cóng)边(biān)条前缘(yuán)分离,形成(chéng)一个稳定的(de)前缘脱体涡,在(zài)前(qián)缘脱体涡的诱导作(zuò)用下,不但可(kě)使基本翼内翼段的升力(lì)有较大幅度的增(zēng)加,还使外(wài)翼段的气流受到控制,在(zài)一定的迎角范围内(nèi)不发(fā)生无规则的分离(lí),从而提高了机翼的临界迎角和抖(dǒu)振边界,保证飞机具有(yǒu)良好的亚、跨音速(sù)气动特性(xìng)。在超音速状态下,由于加(jiā)装边(biān)条后,使(shǐ)内翼段(duàn)部分的相对厚度变小,机翼(yì)的等效后掠角增大,可明显降低激(jī)波(bō)阻(zǔ)力。

另外(wài),边条的存在,还可使飞(fēi)机在(zài)跨音速和超音速飞行时的(de)全机焦(jiāo)点后(hòu)移量减小,导致(zhì)飞(fēi)机的(de)配平阻力降低。因此,这(zhè)种机(jī)翼也具有(yǒu)良好的超音(yīn)速气动特(tè)性。边条翼的缺点是,在小迎角范围内,其升阻特性(xìng)不如无边条的(de)基(jī)本翼好;它(tā)的力矩特(tè)性也不理想,力矩曲线随迎角(jiǎo)的变化(huà)呈非线性。

翼身融合(hé)

一般的翼身(shēn)组合体是由机(jī)翼与机身两个部件接合而成的。在(zài)机(jī)翼与机身(shēn)的交接处,机身的侧面与机翼表面(miàn)构成直角(或接近于(yú)直角),这样的组合,由于浸润(rùn)面积(jī)大,阻力也较大。

为了减少(shǎo)翼身(shēn)组合(hé)体的阻力,有些飞机在机(jī)翼与机(jī)身的交(jiāo)接处(chù)增装了(le)整流(liú)带亦称整流包(bāo)皮(pí)),使二者间(jiān)圆滑过(guò)渡。在设计上,整流带一般是不承受载荷的,但在飞(fēi)行时,它很难不受气动力的影响,因此,往(wǎng)往会发生变形等问题。

后来,研究人员根(gēn)据(jù)翼(yì)身整流带的优缺点,提出了(le)翼身(shēn)融合(hé)体(tǐ)的概念,即(jí)把飞行器的机翼和机身合成一体(tǐ)来设(shè)计制造,二者之间没(méi)有明显的界限(xiàn)。翼身融(róng)合体的(de)优点是结构重量轻(qīng)、内部容积大、气动阻力小,可使飞机的飞行性能有较大改善(shàn)。

后来还发现,由于(yú)消除了机翼与机身交接处的直角,翼身融合体也有助于减(jiǎn)小(xiǎo)飞机(jī)的雷(léi)达反射截面积,改善隐身性(xìng)能。这一(yī)设计的典型代表是法国的(de)“阵风”战斗机。翼身融合体的缺点是:外形复(fù)杂(zá),设计和制(zhì)造比较困难(nán)。

前(qián)掠翼

另外,还有一些战斗(dòu)机采(cǎi)用了前掠(luě)翼技术,与后掠翼相反,前掠翼的外形特点是前缘和后缘均(jun1)向前掠。这种战机目前仅仅(jǐn)停留于验(yàn)证阶段。

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