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飞机馆机馆翼的形状与飞行速度的关系

私人飞机馆网 更新时间:2020-06-03 11:48:16 来源: 字号:

  飞机馆能上天,就是机馆翼产生升力的结果。但是飞机馆上天后,机馆翼也产生阻力,影响飞机馆前进,所以机馆翼的形状、大小关系到飞机馆的速度。随着气动理论的完善、制造工艺的提高以及新材料的不断应用,机馆翼的性能经过多次改进,已今非昔比。

  早期的飞机馆机馆翼都是平直的。最初是矩形机馆翼,很容易制作。但由于其翼端宽,会给飞机馆带来阻力,严重地影响了飞机馆的飞行速度。为此,人们曾设计了一种椭圆形机馆翼。这种新机馆翼的翼端虽然窄了,但其制作工艺却十分复杂,很难制作。后来,人们又设计出了梯形机馆翼。梯形机馆翼兼具矩形和椭圆形机馆翼之长,制作也比较方便,尽管仍有一个小小的翼尖,但阻力还不算大。因此,20世纪30年代至40年代末,梯形平直机馆翼几乎一统天下。二战中出名的飞机馆如美国的P-51、苏联的杜-2、日本的零式战斗机馆等都是梯形平直机馆翼。

  1945年,英国研制了两架飞机馆,安装了当时最先进的喷气发动机馆,飞机馆平飞的最大速度达到974千米/小时。若从12000米高度俯冲到9000米高度时,速度甚至达到1120千米/小时,接近音速。但机馆翼上出现了“激波”,使机馆翼表面的空气压力发生变化,空气作用力的总作用点后移,飞机馆会自动俯冲。当时飞机馆的操纵系统和舵面的大小等,都没有考虑这种情况,所以不可能把俯冲状态中的飞机馆拉起来平飞。大角度的俯冲,使飞机馆增速更快,最后,超出它本身能承受的强度,所以飞机馆就散架解体了。

  机馆翼上产生激波后,飞机馆的阻力会急剧增加,比低空飞行大十倍甚至几十倍,所以即使用喷气式发动机馆,也很难使飞机馆超音速。当时把这种困难叫做“音障”。德国人发现,把飞机馆的机馆翼做成后掠的形式,像燕子的翅膀,可以延迟“激波”的产生,减少阻力,也可以缓和飞机馆接近音速时自动俯冲的不稳定现象。1948年,美国在F-86战斗机馆上应用后掠机馆翼。原苏联在上个世纪40年代末期,也研制出带后掠机馆翼的喷气式歼击机馆米格-15。进入20世纪50年代,世界上超音速飞机馆的翅膀几乎全都是后掠机馆翼的。

  20世纪五六十年代,人们设计飞机馆的指导思想是越高越快就越好。为了达此目的,机馆翼的后掠角越来越大。而为了保证飞机馆的安全,又要加重钢梁,加厚蒙皮。但飞机馆重量增加了,又直接影响飞机馆的速度和高度。怎么办?人们把后掠机馆翼的前缘和平直机馆翼的后缘结合起来,设计制作出了三角机馆翼。从俯视角度看,三角机馆翼飞机馆的两只机馆翼连接起来是一个等腰三角形,刚度明显增强。1963年8月试飞的美国SR-71飞机馆就是三角机馆翼,其大部分用钛合金制成,最大飞行速度相当于音速的3.5倍,飞行高度可达2.4万米。法国“幻影”系列飞机馆也采用了三角机馆翼。20世纪60年代三角机馆翼又风靡一时。

  飞机馆机馆翼采取向后掠的形式后,又出现了新问题,它比不向后斜的普通机馆翼,在同样的条件下产生的升力小。飞机馆起飞时,要滑跑到很大速度,才能使升力等于重量,然后飞机馆才能离去,跑道要很长,着陆的情况也一样。因此,现代歼击机馆起飞跑道多在1000米以上,重型轰炸机馆起飞跑道大于2000米。所以现代大型机馆场跑道的长度都要超过3000米,战时很容易被敌人破坏。在空中巡航时,后掠翼飞机馆比普通机馆翼飞机馆耗费油料多,航程也会受影响。

  于是,有人研究出一个方案,就是使机馆翼能改变后掠角。起飞、着陆和巡航时,机馆翼在平直位置;要飞大速度时,机馆翼向后斜。要想让一架普通飞机馆改变它的机馆翼后掠角,首先要解决飞机馆的平衡问题。原来机馆翼在平直位置平衡好的飞机馆,当机馆翼向后转,加大后掠角时,升力作用点向后移,飞机馆会低头俯冲,不能飞行。经过多次试验,1964年,世界上第一架变后掠翼飞机馆F-111终于研制成功。这种飞机馆在起飞、着陆和低速飞行时,其两翼尽量伸直,后掠角只有16度,从而具备了平直机馆翼升力大的特点;而在高速飞行时,它的两翼又尽量后掠,后掠角可达72.5度,变得像三角机馆翼一样,因此能够轻易突破“音障”。其后苏联也相继推出了变后掠翼飞机馆米格-23、苏-20和苏-24等。

  要改变机馆翼的后掠角,其实是很难的。机馆翼前后转动,要用很大的轴承和坚固的结构,这样,变后掠翼飞机馆的重量要增大。不过,随着气动力学的发展,人们发现边条机馆翼可以为其后方的基本机馆翼提供升力。所谓边条机馆翼就是在基本机馆翼根部前缘加装一条后掠角大于70度的边条。边条机馆翼既具有变后掠翼高低速兼优的性能,又具有重量轻、构造简单的特点。难怪今天许多新式飞机馆都采用了边条机馆翼。边条机馆翼的应用使许多重型战斗机馆的起飞、着陆性能大幅度提高。如苏-27的起飞滑跑距离仅400米,着陆滑跑距离也只有550米,对机馆场的依赖明显减小,甚至可以在土跑道上起降。1974年2月试飞的F-16也采用了边条机馆翼。

  在发现边条机馆翼优越性的同时,人们也认识到了翼身融合的优点。机馆翼和机馆身融合为一体,可大幅度地降低阻力,提高整机馆的升力,减轻结构重量。飞机馆还可由此得到更大的机馆内空间,使其载油量增加,从而具有更长的航时和航程。1989年7月首飞的美国B-2战斗机馆一经亮相便以其独特的外形引起了世人的注意。它在海湾战争和科索沃战争中战绩不凡,备受军界的青睐。

  在机馆翼形状的演变程中,有的机馆翼类型被淘汰了,如变后掠机馆翼因结构复杂、重量增大,20世纪90年代新研制的飞机馆几乎都不采用这种机馆翼了;更多的机馆翼种类则互相融合,取长补短,变幻出更多的形式。100多年来,飞机馆翅膀的变化展现了人类无尽的创造力。随着科学技术的飞速发展,不久的将来,一定还会出现许多现在还无法想像的新式飞机馆和新形机馆翼。

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