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可变后掠翼技术消逝在历史长河中了吗?

在上个世纪七八十年代,世界主要空军发展了几种先进的可变后掠翼战机,如俄罗斯的“米格-23”、欧洲的“狂风”、美国的“F-14和B-1B”等。可变后掠翼战机可在不同的飞行工作状态下通过调节后掠角度实现最经济和最优化的飞行性能。

米格-23战斗机

F-14战斗机

上面的两款战机是可变后掠翼的典型代表,可从两张图中恐怕还不能看出可变后掠翼到底是怎么回事,别急,且听小编仔细讲解:

翼型的几何参数

可变后掠翼指机翼后掠角在飞行中可以改变的机翼。它的产生主要是为了应对采用后掠翼出现的问题。后掠翼使作战飞机的最大速度提高很快,但低速时气动效率低,升力较小。事实上,人们既希望飞机有很高的速度,又希望起降速度低,减少起降距离。解决这一问题的办法之一是使机翼的面积和形状可变,这就是可变后掠翼。可变后掠翼的一部分或全部可前后偏转,在向前偏转时,后掠角减小,展弦比增大,因而升力增加;向后偏转并收起时,后掠角增大,升力和阻力都减小。这样飞机通过改变机翼后掠角,使机翼面积和展弦比发生变化,适应了起飞和着陆阶段以及高速飞行阶段对升阻比的不同要求。变后掠翼飞机在起飞和着陆时,机翼是展开的,而在高空巡航飞机时,机翼是收拢的。

也就是说可变后掠翼可使飞机的升力特性和升阻比极大地改善( 达 1.5 ~ 2. 5 倍)。飞机最大升阻比与后掠角关系如下图图所示。

最大升阻比与后掠角关系

从图中可以看出,亚声速时,小后掠机翼气动效率最好; 超声速范围,大后掠角机翼具有优越性。可变后掠飞机在不同飞行速度均得到较好的气动效率,可以在执行任务的每个飞行阶段都达到较满意的性能,这是固定翼飞机难以达到的。

可变后掠翼的出现还要从纳粹德国的P.1101战机说起。

纳粹德国的P.1101战机

第二次世界大战结束时P.1101被带到美国贝尔飞机作更深入的研究,制造了一批可于飞行时改变翼角的版本。在测试贝尔X-5时,他们发现当机翼向前展开时,压力中心亦随之向前,把机鼻推向下。为了解决这个根本性的问题,这类的设计一定要添加一个特别的系统才可使用。对于不论速度高低都能飞行的飞机来说,可变后掠翼十分实用。故此可变后掠翼最初应用于军用航空飞行器上。故X-5也就成了世界上第一架可变后掠翼飞机,是第一款可以在飞行中改变机翼的飞机。

世界第一架可变后掠翼飞机—X-5

但是由于稳定性比较差,X-5并没正式投入生产,但自X-5 以后飞机变形技术取得很大的进步。第一架服役的可变后掠翼飞机是 20 世纪 60 年代中后期,美国通用动力公司研制的一种变后掠翼战斗轰炸机 F-111土豚。

F-111土豚轰炸机

20 世纪 50 年代~70 年代,兼顾亚声速和超声速飞行成为飞机设计的主题,变后掠翼技术得到实用化,这是传统飞机变形设计的一次革命飞跃。20世纪六七十年代是变后掠翼技术发展的黄金时期,先后出现了包括 F-111 系列、B-1b、F-14、苏-24、苏-17 /20、米格-23、米格-27、图-22M、图-160、狂风等十几个型号的变后掠翼飞机。在众多服役的变后掠翼飞机型号中,美国的 F-14 无疑是技术最先进和最成熟的。

因为在军用飞机方面,可变后掠翼战机不仅可以解决不同设计点气动布局的矛盾、改善飞行器的多功能性,还可以缩短跑道起飞距离、增大航程并且提高其经济效益和作战功能; 也是在这一时期,可变后掠翼的发展可谓如日中天。

当然,中国空军当时也适时地跟踪了这一先进战机技术,并通过多种渠道获取了一架前苏联的米格-23战机,同时希望研制强-5的后续战机强-6新型号。但众所周知的原因,可变后掠翼技术实现的难度较大,在当时已经完全超过了中国的技术能力水准,加之与之配套的涡扇发动机迟迟不能定型,不得不导致强-6战机下马,中国的第一种可变后掠翼战机的尝试以失败告终。

强-6强击机

为啥中国如今的技术水平已经突飞猛进了,但也不再追求可变后掠翼技术了呢?如今国外航空技术也将可变后掠翼技术逐渐淘汰了,主要是可靠性、安全性和可维护性差;此外,最新的航空技术开始着眼于“翼身融合”的升力体和边条翼技术,不再存在实际意义上的机翼,也就无所谓的可变后掠翼的概念了。

翼身融合的苏-27

“翼身融合”的升力体和边条翼技术,加之有些附带鸭翼技术,以及先进的大推力涡扇发动机,这些新技术极大提高了战机综合飞行技术性能,原有的可变后掠翼所带来的飞行优势已经完全被新技术所取代。正是这样一种技术环境背景,让中国错过了一次“可变后掠翼技术”的大胆尝试,但也间接着实现了“跨越式发展”的目标。

集新技术于一身的歼-20

就这样,可变后掠翼技术在航空发展的历史了留下了滚滚印记。可它真的就消失了吗?至少现在在军用飞机发展领域,基本已无涉及,但这并不代表它彻底地消失了!

在战争中精确化、信息化、智能化的打击特点对导弹飞行性能提出了更高的要求。

然而,传统的固定外形导弹,很难保证其在整个飞行过程中都能具有良好的气动控制性能。但是,如若导弹能像飞鸟一样适时地改变外形,就可以使得其在整个飞行过程中的气动控制性能得到改善。所以,可变后掠翼导弹的设计无疑是解决这一问题的有效途径。

同样在民用飞机方面,针对飞机在各个阶段不同要求的翼型结构形状,如果在巡航阶段可以改变机翼后掠角,则在一定程度上可以提高飞机的升阻比,在相同的航程情况下,可以节省燃油量,提高经济效益。同时在材料科学与智能控制技术得到飞速发展的背景下,智能材料结构将驱动、传感、控制和结构融为一体,为结构简洁、重量轻、可靠性高的智能变形机翼设计提供了物质基础。

可变后掠翼无人机

总的来说,虽然可变后掠翼技术在军用飞机方向已经走远,可它现在正慢慢走进我们的生活。

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