變後掠翼技術
機翼是飛機上一個極其重要的部件,飛機的升力基本上都是由機翼產生的。從1903年萊特兄弟的第一架飛機完成動力飛行之後,人們便投入了大量的精力到提高飛機的速度上,飛機的速度基本上每十年便翻一番,從最初的每小時幾十公里到如今的超音速飛行,在這中間,機翼扮演了一個重要的角色。
早期的飛機氣動外形差,而且十分笨拙,以雙翼機為主,這是因為當時人們面臨的主要飛行難題在於獲得足夠的升力。升力產生原理告訴我們,機翼的面積越大,升力就越大,由於當時的機翼材料強度不夠,因此只能給飛機裝上兩層乃至三層機翼,這樣的機翼阻力太大,當然沒有辦法飛得快。
為了獲得高速飛行,除了提高發動機的推力外,整個飛機外形必須儘可能設計成流線型,以減小飛行時的阻力。作為外形的重要組成部分--機翼就必須設計成能夠產生大升力、小阻力的形狀。
機翼的主要參數有翼展l、翼弦b、前緣後掠角χ、展弦比λ等。翼展是指機翼左右翼尖之間的長度;翼弦是指機翼沿機身方向的弦長,除了矩形機翼外,機翼不同地方的翼弦是不一樣的;前緣後掠角是指機
翼前緣與機身軸線的垂線之間的夾角;展弦比λ是翼展l和平均翼弦的比值。由空氣動力學的理論和實踐可知,低速情況下比較適合採用大展弦比的平直機翼;高亞音速時則應該採用後掠翼;超音速飛行時就必須採用小展弦比的機翼(如三角翼)以便減小由於超音速而急劇增加的阻力。
然而,超音速飛機只有在戰鬥中才以最大速度飛行,其餘大部分時間還是以較低的速度飛行,而且每次飛行總需要起飛和降落。這就產生了一個難題,究竟按哪個速度範圍設計機翼呢?變後掠翼技術便是為解決這一問題而提出的,它可以使飛機在飛行過程中按照飛行速度的大小自動改變機翼的後掠角,這樣既可以滿足高速飛行的需要,也可以使飛機有良好的低速性能和起飛滑跑能力。變後掠翼技術常常用於多用途戰鬥機和轟炸機,例如前蘇聯的米格-23、米格-27、蘇-24、圖-160,美國的F-111、F-14A、B-1以及英國、德國、義大利三國聯合研製的“狂風”戰鬥機(Tornado)等等。
圖中是F-14“雄貓”艦載超音速戰鬥機的解剖圖,可見變後掠翼由固定的內翼和可動的外翼組成,二者用轉動樞紐聯接。此外機翼前面還增設了可伸縮的小翼,用來改善變後掠翼的操縱性。在飛行中,F-14A的機翼前緣後掠角可以從20度變到68度;而在艦上停放時,後掠角最大可達75度,可以減少在航空母艦上所占的面積。此外,由於在航空母艦上起飛和著陸距離較短,因此要求艦載機有良好的起飛著陸性能,否則就要一頭扎進大海了,F-14A採用變後掠翼技術正好能滿足這一要求。
變後掠翼的優點十分顯著,但其缺點是轉動機構複雜,使機翼的質量增大,同時可靠性也有所降低。