簡介
在超音速飛行時,為減小波阻,翼型應具有尖前緣,使產生附體的斜激波以代替離體的正激波,這就是超音速翼型的基本特點,常見的形狀見圖。相同厚度下,四邊相等的菱形具有最小的波阻,但菱形剖面與六邊形剖面亞音速性能太差,因而並無實用價值。雙弧形剖面由兩段曲率相同的圓弧構成,氣動效果較好,剛度也好,在飛機上已有採用。
超音速翼型的氣動特性可根據線化理論或激波膨脹波方法計算。由於尖前緣翼型的亞音速性能很差(如前緣必然產生分離),為了兼顧各個速度範圍的性能,並且足夠的後掠可使超音速飛機的機翼保持亞音速前緣,目前大多數超音速飛機仍採用小鈍頭的亞音速翼型。
超音速翼型
物體作超音速飛行時,前後都會出現衝激波。為了減小頭衝激波所生的波阻,超音速飛機的機翼前緣常常用尖的。只有一些後掠得很厲害的機翼,仍採用小圓頭尖尾的翼型。
超音速翼型在超音速氣流中產生舉力的道理,基本上和低速時差不多,也是上翼面的壓強比下翼面低的緣故,上下翼面有壓差,於是有一個向上拾的合力,即舉力。以右圖這樣一個菱形剖面來說,當超音速氣流遇到機翼的前緣時,上下翼面都要產生一道衝激波,不過,當沖角是正度數的時候,下翼面對流來的氣流而言,角度比上翼面的大些,所以下面的頭衝激波比上面的強些。
波後壓強陡升的量也是下翼面的較之上翼面的為大。氣流經過頭衝激波之後,沿上下翼表面向後流去,在翼的前半段上,因上下翼表面都是平直的,便不再變化。所以在前半段翼型,上下翼面的壓強各維持一定的高壓值,參看壓強分布圖。但下表面的正壓強比上表面的正壓強為大,結果造成一個向上抬的力。氣流流過中間稜角處時,因後半段翼型是收攏的,氣流便發生一系列的膨脹波。經膨脹波後,壓強下降。這時上表面膨脹得比下表面厲害,所以上表面的吸力比下表面的大,結果也造成一個向上吸的力。這樣,前後兩段都有一個向上作用的力,二者合在一起就是機翼的舉力。
前後兩半段對產生舉力所起的作用來說,大致各占一半,所以超音速翼型的舉力作用點(又叫壓力中心)大致在翼的中點處,這和低速翼型(舉力以前緣附近的作用為主,舉力的作用點很靠前,約在1/4弦線處)有很大差別。舉力作用點後移,增大低頭力矩,為了平衡,要求尾翼有更大些的抬頭力矩。
就上下翼面對產生舉力的作用來說,超音速翼型和低速翼型也不一樣;低速翼型上表面的吸力比下表面的壓力重要得多,超音速翼型則上下表面同等重要。細算一下,下翼面的作用還大一點。飛行馬赫數越高,下翼面的作用越大,這是和空氣的流動性隨馬赫數上升而相對地越來越壞有直接關連的。馬赫數高到很高時(如超過10),空氣的流動性相對地說來幾乎沒有了,於是空氣便像一顆顆彈丸打在機翼的下表面,那時舉力的產生就幾乎完全靠下表面的作用了。
降低波阻影響分析
關於波阻,為了降低波阻,機翼機身都得用尖的前緣。前緣尖些衝激波就可以弱些,波阻也小些。波阻是和相對厚度的平方成正比的,所以超音速飛機得用很薄的翼型,現在最薄的用到3%。這樣,原來放油箱或其他東西的翼內空間就縮到很小,為了減小波阻,機身也得用尖頭,為了要有足夠的容積好放油箱之類的東西,結果只好把機身做得很長,這是超音速飛機的特點之一。
超音速飛機在飛行時,除了因機身機翼有厚度而引起波阻外,當機翼有沖角時,還有一部分由沖角而來的波阻和誘導阻力,這部分的阻力和沖角的平方成正比。總起來,阻力要比低速、亞音速和剛過音速時大得多。這就需要大推力的噴氣發動機。