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形形色色的机翼
 

 

 俗话说,百人百态,千人千面。飞机和人一样,也是各式各样的,其中最引人注目的差别就是不同形状的机翼。说起来,飞机的奥妙就在于机翼。从莱特兄弟到现在,除了航空动力外,几乎每一次航空技术的重大突破都离不开在机翼上作文章。

最简单的机翼上平直翼

C-130 这样带一点锥度的机翼也算平直翼

锥度可以使前缘略带后掠,像 DC-3;也可以使后缘略带前掠,像 C-130

  最简单的机翼是平直翼,机翼前后缘和机身垂直,机翼从里到外一样宽。这样的机翼结构简单,制造容易,产生升力的效率较高,但阻力也较大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。为了均衡升力的分布,并改善机翼的受力设计和降低重量,平直翼可以带一点锥度,从里到外逐渐变窄,改善升力分布,是更多的升力产生在靠近翼根的部位,缩短力臂,降低翼根应力。低速、简单的小飞机可以用简单平直翼以降低制造成本,但稍微有点追求的平直翼飞机大多带一定的锥度。

  带锥度的平直翼可以前缘略带后掠,也可以后缘略带前掠,两者在气动上有一点差别,但不改变都是平直翼的本质。当速度大幅度提高后,平直翼阻力大的缺点就比较明显,尤其在速度接近声速的时候。

  飞机前行的时候,飞机对前方空气产生压力,就好像船行时船首在前方推开波浪一样。压力波以声速一层一层地向外传递,声速是空气性质的分界线。亚声速飞行时,前方空气在压力波推动下有序地向两侧让开飞机。然而,但飞机速度达到声速时,压力波不再可能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反,压力波挤到一起,密度剧增,像坚硬的石墙一样。跨声速飞行的飞机顶着一大片看不见的石墙飞行,难怪阻力激增,这就是声障的由来。

亚声速到超声速飞行的区别在于压力波,压力波挤压到一起正好发生在声速的时候,所以形成声障

在风洞里,激波的形成清晰可见

不平整表面引起额外的斜激波

斜激波的角度大于平面转角,这是两者的关系图

机翼后掠使速度分量在翼展和法向上分解,法向分量小于原来的速度,得以推迟激波的产生

米格-15 和 F-86 是第一代采用后掠翼的战斗机,两者都是高亚声速战斗机

英国“闪电”、美国 F-100、苏联米格-19 则是第一代后掠翼的超声速战斗机

  这看不见的石墙也称激波。激波的锋面在正好是声速的时候是平直的。随着速度的增加,激波的锋面变成圆锥形,锥的后倾角度随速度增加而增加,锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼像燕子的翅膀一样后掠,“躲”到机头引起的激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。德国人阿道夫布斯曼在 30 年代就提出了后掠翼,只是没有引起当时人们的重视而已。

 

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