當你仰望藍天,看到飛機從空中飛過,在感嘆飛機的快速高效飛行時,是否有這樣一個疑惑:飛機都飛的一樣快嗎?高速飛機和低速飛機,它們的外形有何不同?能直接通過外形區(qū)分它們嗎?今天就讓我們一起了解高速飛機和低速飛機在外形上的差異。
展弦比
展弦比即機翼翼展(機翼的長度,一般為左右翼尖之間的距離)和平均幾何弦之比。
展弦比的大小對飛機飛行性能有明顯的影響。展弦比增大時,機翼的誘導(dǎo)阻力會降低,從而可以提高飛機的機動性和增加亞聲速航程,缺點是波阻會增加,以致影響飛機的超聲速飛行性能,所以亞聲速飛機一般選用大展弦比機翼,如大航程、低機動性飛機--B-52轟炸機展弦比為6.5,U-2偵察機展弦比為10.6,全球鷹無人機展弦比為25.
而超聲速飛機展弦比較小,如小航程、高機動性飛機--J-8展弦比為2,Su-27展弦比為3.5,F-117展弦比為1.65.
此外,展弦比還影響機翼產(chǎn)生的升力,如果機翼面積相同,那么只要飛機沒有接近失速狀態(tài),在相同條件下展弦比大的機翼產(chǎn)生的升力也大,因而能減小飛機的起飛和降落滑跑距離和提高機動性。
后掠角
飛機翅膀有幾種布局,二戰(zhàn)時候一般都是平直翼,即機翼是垂直于機身的,后來為了提高速度,減小阻力,發(fā)展出了后掠翼,就是翅膀以機體的垂直線為基準朝后旋轉(zhuǎn),使機翼后部外緣和機體中軸線夾角小于90度,這個角度就叫后掠角。
簡單來講,后掠角是指從機翼平均氣動弦長連線自翼根到翼尖向后歪斜的角度,即機翼和機身之間的夾角。
大后掠角可以降低激波阻力,有利于超聲速飛行,因此超聲速飛機一般為大后掠角機翼或三角機翼,如SR-71偵察機就采用了大后掠角機翼,但大后掠角也帶來誘導(dǎo)阻力大、低速特性差的問題。
低速飛機常采用無后掠角或小后掠角的梯形直機翼,這樣的機翼結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,產(chǎn)生升力的效率較高,但阻力也較大。亞聲速飛機后掠角一般也比較小,如上文提到的U-2偵察機采用小后掠角機翼。
對于采用大后掠角機翼的超聲速飛機,高速和低速性能要求相互矛盾。可變后掠翼(或變后掠翼)是指在飛行過程中機翼后掠角可以隨飛機飛行高度、速度變化而改變的機翼。變后掠翼飛機大的優(yōu)點在于飛行中可以通過改變機翼后掠角來改進飛機升力、阻力特性,使飛機飛行性能在高速、低速都能得到優(yōu)化。
翼型
機翼一般都有對稱面。平行于機翼的對稱面截得的機翼截面,稱為翼剖面,通常也稱為翼型。
翼型的幾何形狀是機翼的基本幾何特性之一。翼型的氣動特性,直接影響到機翼及整個飛行器的氣動特性。
低、亞聲速飛機機翼翼型一般為圓頭尖尾型,即前端圓滑,后端成尖角形,前緣半徑較大,相對厚度也較大(0.1-0.12)。
超聲速飛機:機翼翼型頭部為小圓頭或尖頭,前緣半徑較小,相對厚度也較小(0.05左右)。
翼型前緣半徑小,則前緣處在小迎角時氣流就開始分離,隨著迎角增大氣流再附著。前緣半徑越小氣流越易分離,大升力系數(shù)小,但波阻也小。圓前緣翼型從后緣開始氣流分離失速,隨著迎角增加氣流分離前移,其失速迎角大,大升力系數(shù)大,但超聲速波阻也大。所以一般亞聲速飛機采用圓前緣翼型,超聲速飛機采用較尖的前緣翼型。
翼型相對厚度直接影響飛機的阻力(特別是波阻)、大升力系數(shù)、失速特性和結(jié)構(gòu)重量。相對厚度變化對亞聲速影響不大,但對超聲速阻力影響很大,對于超聲速戰(zhàn)斗機相對厚度必須小,一般在0.04-0.06左右,如果太小會影響結(jié)構(gòu)高度及機翼的可用容量。此外,大厚度位置在弦長40%~45%處,有利于減阻。
機翼和機身的相對長度
機翼主要功用是提供升力,與尾翼一起保證飛機具有良好的穩(wěn)定性。
超聲速飛機機身的長度大于翼展的長度,機身比較細長,機身長細比(飛機機身的長和寬的比例)較大(>8),機身頭部較尖,駕駛艙與機身融合成一體,成流線型,如協(xié)和號客機。
對低、亞聲速飛機,它們的機翼展長一般大于機身的長度,機身長細比較小(5-7),機身頭部半徑比較大,前部機身比較短,有一個大而突出的駕駛艙,如波音747.
機身長細比較大的飛機,在發(fā)動機推力較小的情況下,由于機身長細比大有利于減小波阻,能獲得理想的高空高速飛行能力,較長的機身還大大增加了機身載油量,可以進行長時間的高速飛行,進一步提高了超聲速性能優(yōu)勢。但是過長的機身會降低飛機的橫向穩(wěn)定性與盤旋性能,對亞聲速機動性造成不利影響。
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