超臨界機翼

超臨界機翼是一種特殊翼剖面（翼型）的機翼。採用這種翼型設計的固定翼飛機可大幅改善在跨音速範圍內的氣動性能，降低阻力並提高姿態可控性。

基本信息

• 中文名：超臨界機翼
• 英文名：Supercritical Airfoil

• 特點：流動控制等高速氣動力問題
• 套用：軍用運輸機

簡介

普通機翼與超臨界機翼

超臨界機翼採用特殊翼剖面（翼型）的機翼。它能提高機翼的臨界馬赫數，使機翼在高亞音速時阻力急劇增大的現象推遲發生。它的翼型被稱為超臨界翼型，由美國R.T.惠特科姆於1967年首先提出。其形狀特徵是前緣較普通翼型鈍圓，上表面平坦,下表面接近後緣處有反凹(見圖)，後緣薄,而且向下彎曲。氣流繞過普通翼型前緣時速度增加較多(前緣越尖，迎角越大，增加越多），在翼型上表面流速繼續增加。翼型厚度越大，上表面越向上隆起，速度增加也越多。飛行速度足夠高時(相當馬赫數0.85～0.9),翼型上表面的局部流速可達到音速。這時的飛行馬赫數稱為臨界馬赫數。飛行速度再增加，上表面便會出現強烈的激波，引起氣流分離，使機翼阻力急劇增加。為了保持飛機飛行的經濟性，飛行馬赫數不宜超過臨界馬赫數。想要提高飛行速度就要設法提高機翼臨界馬赫數。減小機翼厚度或採用後掠機翼（見後掠翼飛機）可以提高臨界馬赫數，但是這樣會增加機翼重量。採用超臨界機翼可提高臨界馬赫數，同時不必付出增加機翼重量的代價。超臨界翼型的前緣鈍圓，氣流繞流時速度增加較少，平坦的上表面又使局部流速變化不大。這樣，只有在飛行馬赫數較高時，上表面局部氣流才達到音速，即其臨界馬赫數較高。在達到音速後，局部氣流速度的增長較慢，形成的激波較弱，阻力增加也較緩慢。超臨界機翼還可用於減輕飛機結構重量。如果帶後掠翼的高亞音速飛機改用超臨界機翼，在保持飛行速度不變的情況下，可以在機翼厚度不變時改用平直機翼，這樣就可減輕機翼重量，同時改善機翼的低速氣動特性。如維持後掠角不變而採用厚機翼，同樣可降低機翼重量，還可增加機翼內的容積，用以放置燃油或其他設備。超臨界機翼由於前緣鈍圓，低速和跨音速的升力特性比較好，有可能套用在超音速飛機上。

技術特點

大型飛機採用超臨界機翼,並具有尺度大、飛行雷諾數高等特點,其研製中必須解決好高升阻比機翼、翼身組合體設計,推進系統/機體一體化設計,抖振特性、靜氣動彈性特性預測及超臨界機翼流動控制等高速氣動力問題。

設計思路

以Takanashi提出的三維機翼設計理論為基礎,研究與發展了一個基於歐拉方程和“正反疊代、餘量修正原理”的機翼設計方法。用改進的無限插值方法生成繞機翼的OO貼體格線,採用三維歐拉方程作為流動分析計算的基本方程,該設計方法已用於某無人機機翼和一個超臨界機翼設計,設計結果達到了預期的目標。

研究對象

以升力係數脈動量急劇增加的起始點定為抖振邊界,並以DFVLR-R2超臨界二元機翼和NACA0012傳統二元機翼作為研究對象,詳細地研究了這兩類二元機翼的抖振特性

可行性

針對Lockheed-AFOSRWingB的亞臨界和超臨界算例結果表明,厚度的非線性分布和負的扭角會改善機翼流場的流動狀態,使機翼的升阻比得到提高,最佳化設計方法是可行的.

套用

中國運-20是一款大型寬體軍用運輸機，由4個渦扇發動機提供動力。採用的是臨界上單翼結構。網上資料顯示;運-20機組人員由3人組成，飛機採用傳統布局，三點式起落架，前起落架兩個輪，可90度偏轉。最大載重量66噸，機身長47米，翼展45米，高15米，最大起飛重量220噸。躋身全球十大運力最強運輸機之列。
與C17相比，儘管在運載能力上有十幾噸的差別，但是同樣可以投送大型的裝備，像C17的話，投送M1-A1，或者M1-A2這種大型坦克，最大的重量在60噸上下，我們的運輸機也可以投送陸軍最先進的三代的主攻坦克，這個能力也是具備的，所以這個能力是不相上下的。像伊爾76的話就差了20噸，這個就有代差了。另外從航電水平來看的話，我們比伊爾76，甚至重點發展的伊爾476的發展來看的話，我們有更大的優勢。運20與此前研發的國外運輸機相比，有後發的優勢，我研製的晚，我可以把更新的技術運用這裡面，一個好的軍用大型運輸機，要求是拉得多、跑得遠、而且能在短跑道、土跑道等惡劣條件下起降。運20顯著的特點是比伊爾76的機艙變粗了，這意味著它的裝載能力和轉載適應性將會更強。