最新飛機機翼知識大全

　　機翼的作用是產(chǎn)生升力，以支持飛機在空中飛行，它還起一定的穩定和操縱作用。下面是小編為大家分享飛機機翼知識，歡迎大家閱讀查看。

　　飛機機翼介紹一：平直翼

　　C-130這樣帶一點(diǎn)錐度的機翼也算平直翼

　　最簡(jiǎn)單的機翼是平直翼，機翼前后緣和機身垂直，機翼從里到外一樣寬。這樣的機翼結構簡(jiǎn)單，制造容易，產(chǎn)生升力的效率較高，但阻力也較大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。為了均衡升力的分布，并改善機翼的受力設計和降低重量，平直翼可以帶一點(diǎn)錐度，從里到外逐漸變窄，改善升力分布，是更多的升力產(chǎn)生在靠近翼根的部位，縮短力臂，降低翼根應力。低速、簡(jiǎn)單的小飛機可以用簡(jiǎn)單平直翼以降低制造成本，但稍微有點(diǎn)追求的平直翼飛機大多帶一定的錐度。

　　帶錐度的平直翼可以前緣略帶后掠，也可以后緣略帶前掠，兩者在氣動(dòng)上有一點(diǎn)差別，但不改變都是平直翼的本質(zhì)。當速度大幅度提高后，平直翼阻力大的缺點(diǎn)就比較明顯，尤其在速度接近聲速的時(shí)候。

　　飛機前行的時(shí)候，飛機對前方空氣產(chǎn)生壓力，就好像船行時(shí)船首在前方推開(kāi)波浪一樣。壓力波以聲速一層一層地向外傳遞，聲速是空氣性質(zhì)的分界線(xiàn)。亞聲速飛行時(shí)，前方空氣在壓力波推動(dòng)下有序地向兩側讓開(kāi)飛機。然而，但飛機速度達到聲速時(shí)，壓力波不再可能趕在飛機前面把前方空氣有序地向兩側分開(kāi)。相反，壓力波擠到一起，密度劇增，像堅硬的石墻一樣�？缏曀亠w行的飛機頂著(zhù)一大片看不見(jiàn)的石墻飛行，難怪阻力激增，這就是聲障的由來(lái)。

　　飛機機翼介紹二：后掠翼

　　英國“閃電”、美國 F-100、蘇聯(lián)米格-19 是第一代后掠翼的超聲速戰斗機

　　這看不見(jiàn)的石墻也稱(chēng)激波。激波的鋒面在正好是聲速的時(shí)候是平直的。隨著(zhù)速度的增加，激波的鋒面變成圓錐形，錐的后傾角度隨速度增加而增加，鋒面背后的空氣重新回到亞聲速。如果平直的機翼像燕子的翅膀一樣后掠，“躲”到機頭引起的激波鋒面的背后，就可以避免機翼本身引起的激波阻力。德國人阿道夫布斯曼在30年代就提出了后掠翼，只是沒(méi)有引起當時(shí)人們的重視而已。

　　事實(shí)上，后掠翼避免機翼本身引起激波阻力的作用在飛機速度還沒(méi)有達到超聲速時(shí)已經(jīng)體現出來(lái)了。機翼是通過(guò)對上表面氣流加速以形成上下表面氣流的速度差、進(jìn)而導致壓力差而產(chǎn)生升力的。在高亞聲速時(shí)，機翼上表面氣流速度可以超過(guò)聲速。采用后掠翼的話(huà)，迎面氣流按后掠角分解成垂直于機翼前緣的分量(法向分量)和平行于機翼前緣的分量(展向分量)，法向分量產(chǎn)生升力，展向分量不產(chǎn)生升力。后掠角等于零時(shí)，法向分量和迎面氣流相等;后掠角越大，法向分量越小。也就是說(shuō)，通過(guò)使用合適的后掠角，高亞聲速飛機的機翼上表面氣流在法向可以降低到聲速以下，避免激波阻力。后掠翼大量使用在跨聲速(0.8-1.2 倍聲速范圍內)和高亞聲速飛機上，像殲-6 戰斗機、各種波音和空客客機。

　　后掠翼的制造比平直翼要麻煩，翼根不僅要承受機身重量帶來(lái)的應力，還要機翼上揚造成的向前扭轉的應力，需要大大加強結構，帶來(lái)較大的重量。

　　飛機機翼介紹三：三角翼

　　后掠翼機翼后緣的“鏤空”部分填補起來(lái)，就成為三角翼，這是美國 F-106

　　如果把后掠翼“鏤空”的后半填起來(lái)，機翼后緣拉直，變成三角翼，翼根的受力情況就接近于平直翼，容易處理多了。在同樣翼展下，三角翼的翼面積更大，升力更大;翼根更長(cháng)，結構上需要的加強越少，同樣翼面積時(shí)重量更輕。另一方面，機翼的阻力特征由相對厚度決定，也就是機翼的實(shí)際厚度和弦長(cháng)(機翼前后緣之間的距離)之比。實(shí)際機翼的厚度和弦長(cháng)隨不同翼展位置而變化，所以一般取 1/4 翼展處的厚度和弦長(cháng)之比。三角翼的翼弦較長(cháng)，在相對厚度不變的情況下，實(shí)際厚度較厚，既簡(jiǎn)化結構設計和制造，有利于減重;又增加翼內容積，有利于增加機內燃油容量。50 年代后，超聲速飛機采用大后掠翼的越來(lái)越少了，大多采用三角翼。殲-8II、殲-10 都是三角翼，歐洲的“臺風(fēng)”、“陣風(fēng)”、“鷹獅”也是三角翼。

　　飛機機翼介紹四：梯形翼

　　采用短粗的梯形翼也可以達到超聲速減阻的作用，這是美國 F-5

　　但是三角翼沒(méi)有一統天下。超聲速飛行時(shí)，機翼只要“躲”在激波錐的鋒面之后，就可以避免產(chǎn)生激波阻力。也就是說(shuō)，翼展較短的機翼也同樣可以達到降阻的作用。為了盡量增加翼面積以保證提供足夠的升力，機翼的弦長(cháng)可以增加，甚至把平直的后緣前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角減阻，但大后掠角帶來(lái)較大的展向分量，造成升力損失，尤其在低速的時(shí)候，大后掠角使很大一部分迎面氣流都“溜肩”損失掉了，造成低速時(shí)升力不足的問(wèn)題，所以大后掠翼飛機的起飛、著(zhù)陸速度一般比較高，機動(dòng)性不夠好。三角翼也有同樣的問(wèn)題。相比之下，梯形翼不靠后掠角減阻，所以機翼前緣的后掠角可以較小，在性質(zhì)上更加接近同樣翼展下的平直翼，升力較好。不過(guò)梯形翼的翼展受到限制，所以最后結果并不一定優(yōu)于大后掠翼或者三角翼。和三角翼相比，梯形翼的使用比較少，但還是有一些忠實(shí)的信徒，尤其是諾斯羅普，F-5 和 F-18 都是梯形翼。洛克希德的 F-104 也是梯形翼，但 F-22 已經(jīng)超出傳統梯形翼，而是介于梯形翼和三角翼之間了。

　　飛機機翼介紹五：變后掠翼

　　俄羅斯的圖-160 是世界上最大的變后掠翼飛機，也是最后一種變后掠翼飛機

　　大后掠翼、三角翼、梯形翼的起飛、著(zhù)陸速度和機動(dòng)性都不及平直翼，但平直翼的高速飛行阻力太大，那通過(guò)機械手段，使機翼的后掠角可以在飛行中按需要隨意改變，豈不兩全其美?這就是變后掠翼的由來(lái)。變后掠翼的概念看似簡(jiǎn)單，實(shí)現起來(lái)問(wèn)題一大堆。首先有飛行穩定性的問(wèn)題。隨著(zhù)機翼后掠角的增加，升力中心逐步后移，很快就有升力中心遠離重心的問(wèn)題，即使超級巨大的平尾能壓住，也將帶來(lái)巨大的阻力，得不償失。為了減小升力中心的移動(dòng)，變后掠翼只能一分兩段，鉸鏈設置在固定的內段外側，而活動(dòng)的外段減小，犧牲變后掠翼的效果來(lái)簡(jiǎn)化工程設計。蘇-17 為了最大限度地減小飛行穩定性問(wèn)題，活動(dòng)段只占翼展的一半;F-14 的活動(dòng)段比例大一點(diǎn)，但依然有一個(gè)很大的固定段。變后掠翼還有很多具體問(wèn)題：翼下起落架不容易找地方生根，活動(dòng)段內無(wú)法設計翼內油箱使總的翼內油箱空間大減，翼下武器掛架需要隨活動(dòng)段同步轉動(dòng)才能保持掛載的武器指向前方，加上變后掠翼固有的機械問(wèn)題，變后掠翼最后會(huì )變的很重，極大地抵消了變后掠翼的氣動(dòng)優(yōu)勢。在 60-70 年代曇花一現之后，變后掠翼現在很少采用了，1981 年首飛的圖-160 是最后一種新投產(chǎn)的變后掠翼飛機。

　　飛機機翼介紹六：前掠翼

　　空氣只對機翼的“掠”感興趣，前掠還是后掠并不重要，所以機翼也可以前掠，這是俄羅斯的 S-37 研究機

　　大后掠翼和三角翼通過(guò)后掠角減阻，但空氣其實(shí)只對這個(gè)斜掠的角度感興趣，對機翼是后掠還是前掠是不在乎的。那前掠翼有什么好處呢?前掠翼上氣流的展向流動(dòng)是向內的，機體將最終自然阻止展向流動(dòng)，提高機翼產(chǎn)生升力的效率。更重要的是，前掠翼極大地推遲了翼尖失速的問(wèn)題�？諝馐怯姓承缘�，這個(gè)粘性在機翼表面形成一個(gè)邊界層(也稱(chēng)附面層)，在邊界層內氣流呆滯，產(chǎn)生升力的效果受到損失。在大迎角飛行時(shí)，氣流沿后掠翼的展向流動(dòng)，導致邊界層向翼尖堆積，造成翼尖首先失速，引起升力中心向翼根方向移動(dòng)，造成機頭進(jìn)一步上揚，最終導致整個(gè)機翼失速。前掠翼則不同，翼尖處于“干凈”的氣流中，邊界層堆積發(fā)生在翼根，升力損失小，而且副翼保持有效的橫滾控制。前掠翼要到差不多整個(gè)機翼都失速的時(shí)候，才有翼尖失速的問(wèn)題，比后掠翼進(jìn)入失速要晚很多，有利于增強機動(dòng)性。

　　不過(guò)前掠翼也有一個(gè)本質(zhì)缺陷：就是氣動(dòng)彈性發(fā)散問(wèn)題。機翼不是剛性的，是有一定的彈性的。氣流流過(guò)翼面產(chǎn)生升力，升力作用于機翼，因此翼尖有一個(gè)以翼根為支點(diǎn)上扭的趨勢。由于前掠翼的支點(diǎn)在翼尖之后，前掠翼的翼尖有一個(gè)天然的向后上方扭轉的趨勢，上揚導致局部機翼迎角增加，產(chǎn)生更大的升力，進(jìn)一步加劇向后上方的扭轉。如果不加控制，結構很快會(huì )由于過(guò)度扭曲而損壞。后掠翼的支點(diǎn)在翼尖之前，翼尖在升力作用下有一個(gè)天然的向前上方扭轉的趨勢，局部迎角減小，就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。在早期，由于材料的限制，前掠翼無(wú)法解決氣動(dòng)彈性發(fā)散問(wèn)題，后掠翼成為唯一的選擇。復合材料出現之后，可以通過(guò)所謂“氣動(dòng)彈性剪裁”，也就是通過(guò)纖維走向的巧妙安排，使結構剛性在法向高于展向，巧妙地克服氣動(dòng)彈性發(fā)散引起的問(wèn)題。

　　飛機機翼介紹七：斜翼

　　既然前掠、后掠都沒(méi)有關(guān)系，那一邊前掠、一邊后掠也是可以的，這就是斜翼，這是美國的 AD-1 研究機

　　后掠翼和前掠翼都是對稱(chēng)的，要么兩側一起后掠，要么兩側一起前掠。但從減阻的角度來(lái)說(shuō)，沒(méi)有理由不可以一側前掠，一側后掠，形成不對稱(chēng)的斜翼。和后掠翼、前掠翼相比，斜翼沿機身軸線(xiàn)的總橫截面積分布比較均勻，有利于滿(mǎn)足跨聲速面積律，降低跨聲速阻力。固定的斜翼有優(yōu)越性，但變后掠的斜翼才是閃光點(diǎn)。傳統的變后掠翼很為鉸鏈位置而苦惱，但變后掠的斜翼的鉸鏈只有一個(gè)理想位置：正中間，其他位置都是畫(huà)蛇添足。由于兩側的重量是平衡的，變后掠的斜翼在機械設計上還簡(jiǎn)單了一點(diǎn)，這就好比兩手向外平伸直接提桶和肩上挑擔的差別。在氣動(dòng)上，斜掠角的變化也使升力中心的移動(dòng)大體不變，簡(jiǎn)化了飛行穩定性的設計。

　　飛機機翼介紹八：翼梢小翼

　　翼梢小翼不光有向上翻的，還可以向下垂，這是 A320 的小翼

　　平直翼、后掠翼、前掠翼、斜翼，這些都是直邊緣的機翼形狀。機翼的一個(gè)大問(wèn)題是翼尖繞流。由于機翼靠下翼面壓力高于上翼面壓力產(chǎn)生升力，翼尖作為機翼的盡頭，下翼面的高壓氣流可以側向繞過(guò)翼尖，向上翼面卷過(guò)來(lái)。這個(gè)“漏氣”的通道不僅造成升力損失，還形成拖在飛機后面的渦流。如果不產(chǎn)生推力，飛機傳遞到空氣中的一切能量都形成阻力，翼尖渦流就是飛行阻力的一個(gè)很重要的部分。合理設計升力分布，使靠近翼尖的地方較少產(chǎn)生升力，翼尖繞流產(chǎn)生的阻力就自然減小，橢圓形機翼就是這么一個(gè)思路，二戰中英國“噴火”式戰斗機那著(zhù)名的橢圓形機翼就是這么來(lái)的。橢圓翼的一個(gè)自然延伸就是圓形翼。圓形翼不僅使升力產(chǎn)生的部位向翼根集中，還更加符合面積律，尤其是在沒(méi)有機身的圓形飛翼的情況下。這種飛盤(pán)不僅在理論上適合從懸停到超聲速的所有速度范圍，還是科幻人士的最?lèi)?ài)，是飛機設計中難以釋?xiě)训囊粋�(gè)理想設計，不過(guò)飛行控制的問(wèn)題比較難解決，不僅控制力臂很短，發(fā)動(dòng)機、噴口、控制面的設計都要重新考慮。

　　解決翼尖繞流的另一個(gè)方法是用翼梢小翼，這是豎立在翼尖的垂直小翼，直接阻止翼尖繞流。在氣動(dòng)上，翼梢小翼相當于延長(cháng)了有效翼展，增加了升力。設計得當的話(huà)，翼梢小翼可以達到超過(guò)實(shí)際“翼展”的有效翼展，但翼梢小翼也增加了阻力和重量，還帶來(lái)了翼面轉接處的氣動(dòng)干擾阻力。翼梢小翼可以同時(shí)往上下延伸，也可以只往上延伸，兩者之間的選取自然是增升和減重、減阻之間的權衡。在老設計挖潛的情況下，或者在翼展受到機場(chǎng)條件限制情況下，翼梢小翼是很有效的作法。但全新設計機翼時(shí)，增加翼展常常更加簡(jiǎn)潔有效。

　　飛機機翼介紹九：C 形翼和搭接翼

　　翼梢小翼也是有翼尖繞流的，把小翼頂端折起來(lái)，就形成了 C 形翼

　　把 C 形翼的頂端連接起來(lái)，就成為矩形翼，這已經(jīng)有點(diǎn)回歸雙翼的意思了

　　翼梢小翼實(shí)際上也是有翼尖繞流的問(wèn)題的，不過(guò)繞流發(fā)生在翼梢小翼的頂尖上而已，強度遠遠低于通常的翼尖繞流。為了削弱這個(gè)繞流的影響，翼梢小翼可以進(jìn)一步發(fā)展成為 C 形翼，也就是加大翼梢小翼，在頂尖上再向內側水平延伸，好像健美人士卷起雙臂展示肌肉一樣。C 形翼的翼梢小翼部分可以兼作垂尾，具有可動(dòng)的垂直控制面，而頂上的水平部分則可兼作平尾，具有水平的控制面。當然，由于距離飛機重心的力臂較短，控制效果不如真正在機尾的垂尾和平尾。C 形翼的效果和問(wèn)題都比翼梢小翼更加放大一點(diǎn)，還是一個(gè)增升和減重、減阻之間權衡的問(wèn)題。

　　飛機機翼介紹十：環(huán)形翼

　　但機翼也可以是環(huán)形的，這是法國 C-450 研究機

　　翼梢小翼、C 形翼、矩形翼、搭接翼都已經(jīng)超出了傳統的平面翼范疇，古老的雙翼(還有三翼)也是一樣，不過(guò)最特別的非平面翼或許是環(huán)形翼。環(huán)形翼像一個(gè)短粗的空心筒子，上下圓弧部分產(chǎn)生升力，左右圓弧部分阻隔翼尖繞流，并提供方向穩定性。環(huán)形翼不存在橫滾穩定性的問(wèn)題，但環(huán)形翼最大的特別之處在于轉彎。常規平面翼的飛機需要先橫滾到一定的角度，然后拉高迎角，通過(guò)斜向升力的向心水平分量實(shí)現轉彎。環(huán)形翼不需要橫滾，可以直接指向所需要的迎角，實(shí)現轉彎。這不光是操作習慣上的一個(gè)改變，也省卻了橫滾的步驟，在理論上可以提高機動(dòng)性。另外一個(gè)特別的是，平面翼飛機需要急轉彎時(shí)，需要拉很大的橫滾角，并增大迎角以補償升力損失。環(huán)形翼不管怎么轉彎，在橫向指向的同時(shí)，一方面產(chǎn)生斜向升力的向心水平分量力用于轉彎，另一方面上下的圓弧段依然在提供升力，不會(huì )因為平面翼飛機在急轉彎時(shí)機翼幾乎側立而導致嚴重升力損失和失速的問(wèn)題，也就是說(shuō)，可以放心大膽地急轉彎，增加機動(dòng)性的容限。但環(huán)形翼的翼展不容易增加，否則將成為大而無(wú)當的巨大圓筒，在設計和制造上帶來(lái)很多陌生的問(wèn)題;水平起落時(shí)起落架的設計也很困難，人員和貨物的裝卸困難就不提了，不過(guò)機身不在環(huán)形翼的圓心，而在圓弧的底部，可以避免很多這樣的問(wèn)題。在環(huán)形翼和矩形翼之間，當然可以有橢圓環(huán)翼，其特點(diǎn)也介于環(huán)形翼和矩形翼之間。

　　飛機機翼介紹十一：串列翼

　　魯坦的“海神之子”超長(cháng)航時(shí)飛機也是串列翼

　　雙翼有兩個(gè)翼面，但這兩個(gè)翼面既可以一上一下，也可以一前一后，也就是串列翼。串列翼可以看作極大加大的鴨翼，但鴨翼主要用于產(chǎn)生配平和俯仰控制力矩，而串列翼的前翼主要是用于產(chǎn)生升力的。串列翼通常在上下方向也錯開(kāi)一點(diǎn)，通常是前翼下置，后翼上置，這樣前翼的下洗氣流不至于對后翼造成不利影響。但如果設計得當的話(huà)，也可以有意識地利用前翼的下洗氣流為后機翼上表面的氣流加速，增強后翼的升力，這樣的話(huà)，前翼就要上置，而后翼下置。和上下的雙翼相比，串列翼的兩個(gè)機翼大小、形狀都比較自由，前后間距也比較自由，既可以拉開(kāi)，使兩個(gè)機翼之間的不利氣動(dòng)干擾也減小，也可以拉近，有意識地利用增升效應。最主要的是，串列翼像抬轎子一樣，一前一后產(chǎn)生升力，而重心居于兩者之間，很容易在產(chǎn)生升力的同時(shí)維持飛機的平衡，避免了配平阻力。相比之下，雙翼機或者常規的單翼機都像騎獨輪車(chē)，重心和升力中心之間的相對位置必須小心控制。串列翼的缺點(diǎn)也是重量和濕面積引起的阻力，但在低速飛機上這個(gè)問(wèn)題不大，魯坦的巡航時(shí)間達 18 小時(shí)的超長(cháng)航時(shí)“海神之子”(也稱(chēng)“普羅提烏斯”)飛機就是串列翼的。

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