固定幾何形狀機翼

固定幾何形狀機翼

固定幾何形狀機翼(fixed wing),簡稱固定翼,是現今大部分飛行器採用的機翼形式,即機翼與機身連線形式固定,整體外形不會隨飛行狀態而改變。準確地說,就是相對於變後掠翼來說,機翼的後掠角無法隨飛行速度而改變,因而對於固定幾何形狀機翼來說,某一類翼型都有對應適用的飛行情況。以下介紹幾種固定幾何形狀機翼:三角翼、雙三角翼、後掠翼和聯結翼等。

基本信息

後掠翼

後掠翼就是前緣和後緣均向後掠的機翼,表征機翼後掠程度的指標是後掠角,即機翼前緣與水平線的夾角。後掠翼的氣動特點是可增大機翼的臨界馬赫數,推遲激波的到來,並減小超音速飛行時的阻力。後掠翼的出現是機翼形狀的一次重大變革,對飛機發展產生了極大影響。

三角翼

三角翼 三角翼

與後掠翼不同,三角翼的前緣後掠,後緣平直,俯視其平面形狀為三角形。從空氣動力學角度看,三角翼超聲速飛行阻力小。從亞聲速過渡到超聲速飛行時,機翼壓力中心向後移動量小,這對舵面平衡能力較差的飛機尤為重要。

三角形機翼一般展弦比小於3,是小展弦比機翼,其流場甚至在不大的迎角下,本質上都是三維的。從下表面通過側邊或前緣(大後掠角)向上表面形成激烈的空氣溢流。在這些邊緣上形成三維渦面,在機翼上翼面形成順氣流強大渦心,進而與順氣流機翼主渦面形成翼尖渦匯合(右圖)。這樣的立體渦系在機翼上表面沿弦向誘導出附加速度,使上表面增加了真空度,從而產生附加升力,足以補償局部分離而造成的升力損失。小展弦比機翼這種氣動效應隨迎角增大而加劇,延緩了大迎角下氣流分離。但亞聲速飛行時升阻比低,在大迎角下才能有足夠的升力。過大迎角使著陸時向前視野受到影響,一般採用機頭下垂措施來改善駕駛員的視界。

三角翼對結構受力非常有利,半翼氣動中心更靠近根部,減小了根部彎曲載荷,同時弦長很長,相對厚度一定時,翼根絕對厚度大,結構重量輕,剛度好,並且內部可有更多的容積,可用以儲存燃料或收放起落架等。

雙三角翼

雙三角翼 雙三角翼

雙三角翼是內、外翼後掠角不同的細長翼,也是一種固定幾何形狀機翼。通常內翼後掠角大於外翼後掠角。和三角翼相比,同一機翼面積和展弦比下,雙三角翼根部的弦長大,相對厚度小,內翼後掠角大,能夠有效地減小超音速波阻。此外,因內翼很細長,亞音速下內翼的升力貢獻較小,而在超音速,其升力作用增大,故音速前後的空氣動力中心移動量較小,從而減小飛機的超音速配平阻力。

雙三角翼的內翼很細長,非常適合超音速飛行;同時,外翼的後掠角比內翼小,可以兼顧到跨音速和亞音速飛行的要求。在低速和亞、跨音速範圍,迎角不大時,從內翼和外翼分別生產兩個前緣渦,迎角再增大,兩個前緣渦合併成一個。形成穩定的流動,增大機翼升力,提高抖振邊界。雙三角翼的一個重要缺點是前緣渦引起俯仰力矩隨迎角變化不規則,力矩變化呈非線性。

固定翼飛機主要特點

優點

和其他交通工具相比,固定翼飛機有很多優點:

一、速度快。目前噴氣客機的巡航時速在900千米/小時左右。

二、機動性高。固定翼飛機飛行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔,而且可根據客、貨源數量隨時增加班次。

三、安全舒適。據國際民航組織統計,民航平均每億客公里的死亡人數為0.04人,是公路交通事故死亡人數的幾十分之一到幾百分之一,和鐵路運輸並列為最安全的交通運輸方式。

局限性

但是固定翼飛機作為交通工具也有自身的局限性:

一、價格昂貴。無論是固定翼飛機本身還是固定翼飛機所消耗的油料相對其他交通運輸方式都高昂的多。

二、受天氣情況影響。雖然現在航空技術已經能適應絕大多數氣象條件,但是比較嚴重的風、雨、雪、霧等氣象條件仍然會影響飛機的起降安全。

三、起降場地有限制。大部份固定翼飛機都需要機場升降,需要有較長的跑道供起降,對起降的條件要求比較苛刻。

四、一定的危險。雖然民航客機每億客公里的死亡人數遠低於其他常見運輸工具,但由於飛行事故的倖存率很低,所以給公眾的心理感覺還是有一定危險的。

五、雖然固定翼飛機不斷提升燃油效率,但是飛行時每消耗1千克燃油就會排放3千克二氧化碳,而且氣體直接在大氣層排放,對全球暖化的影響比地面排放還要大。

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