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变后掠翼技术

  机翼是飞机上一个极其重要的部件,飞机的升力基本上都是由机翼产生的。从1903年莱特兄弟的第一架飞机完成动力飞行之后,人们便投入了大量的精力到提高飞机的速度上,飞机的速度基本上每十年便翻一番,从最初的每小时几十公里到如今的超音速飞行,在这中间,机翼扮演了一个重要的角色。

  早期的飞机气动外形差,而且十分笨拙,以双翼机为主,这是因为当时人们面临的主要飞行难题在于获得足够的升力。升力产生原理告诉我们,机翼的面积越大,升力就越大,由于当时的机翼材料强度不够,因此只能给飞机装上两层乃至三层机翼,这样的机翼阻力太大,当然没有办法飞得快。

  为了获得高速飞行,除了提高发动机的推力外,整个飞机外形必须尽可能设计成流线型,以减小飞行时的阻力。作为外形的重要组成部分--机翼就必须设计成能够产生大升力、小阻力的形状。

  机翼的主要参数有翼展l、翼弦b、前缘后掠角χ、展弦比λ等(如图所示)。翼展是指机翼左右翼尖之间的长度;翼弦是指机翼沿机身方向的弦长,除了矩形机翼外,机翼不同地方的翼弦是不一样的;前缘后掠角是指机翼前缘与机身轴线的垂线之间的夹角;展弦比λ是翼展l和平均翼弦的比值。

  由空气动力学的理论和实践可知,低速情况下比较适合采用大展弦比的平直机翼;高亚音速时则应该采用后掠翼;超音速飞行时就必须采用小展弦比的机翼(如三角翼)以便减小由于超音速而急剧增加的阻力。

  然而,超音速飞机只有在战斗中才以最大速度飞行,其余大部分时间还是以较低的速度飞行,而且每次飞行总需要起飞和降落。这就产生了一个难题,究竟按哪个速度范围设计机翼呢?变后掠翼技术便是为解决这一问题而提出的,它可以使飞机在飞行过程中按照飞行速度的大小自动改变机翼的后掠角,这样既可以满足高速飞行的需要,也可以使飞机有良好的低速性能和起飞滑跑能力。变后掠翼技术常常用于多用途战斗机和轰炸机,例如前苏联的米格-23、米格-27、苏-24、图-160,美国的F-111、F-14A、B-1B以及英、德、意三国联合研制的狂风(Tornado)等等。

  图中是F-14A“雄猫”舰载超音速战斗机的解剖图,可见变后掠翼由固定的内翼和可动的外翼组成,二者用转动枢纽联接。此外机翼前面还增设了可伸缩的小翼,用来改善变后掠翼的操纵性。在飞行中,F-14A的机翼前缘后掠角可以从20度变到68度;而在舰上停放时,后掠角最大可达75度,可以减少在航空母舰上所占的面积。此外,由于在航空母舰上起飞和着陆距离较短,因此要求舰载机有良好的起飞着陆性能,否则就要一头扎进大海了,F-14A采用变后掠翼技术正好能满足这一要求。

  变后掠翼的优点十分显著,但其缺点是转动机构复杂,使机翼的质量增大,同时可靠性也有所降低。

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