飞机翼型科普ppt课件
米格-15 和 F-86 是第一代采用后掠翼的战斗机,两者都是高亚声速战斗机
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英国“闪电”、美国 F-100、苏联米格-19 则是第一代后掠翼的超声速战斗机15
三、三角翼
后掠翼的制造比平直翼要麻烦,翼根不仅要承受机身重量带来的应力, 还要机翼上扬造成的向前扭转的应力,需要大大加强结构,带来较大的 重量。但如果把后掠翼“镂空”的后半填起来,机翼后缘拉直,变成三 角翼,翼根的受力情况就接近于平直翼,容易处理多了。
斜激波的角度大于平面转角,这是两者的关系图
代价就是单位面积的翼面上产生的升力减小吧,同样重量的飞机相当于翼载荷变12大了
机翼后掠使速度分量在翼展和法向上分解,法向分量小于原来的速度,得 以推迟激波的产生。
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后掠翼大量使用在跨声速(0.8-1.2 倍声速范围内)和高亚声速飞机上,像 歼-6 战斗机、各种波音和空客客机。
关于机翼翼型的科普
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图95
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俗话说,百人百态,千人千面。飞机和人一样,也是各式各
样的,其中最引人注目的差别就是不同形状的机翼。说起来,
飞机的奥妙就在于机翼。
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从莱特兄弟到现在,除了航空动力外,几乎每一次航空技术的重大突破 都离不开在机翼上作文章。
飞行者—1号
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一、平直翼
最简单的机翼是平直翼,机翼前后缘和机身垂直,机翼从里到外一样 宽。这样的机翼结构简单,制造容易,产生升力的效率较高,但阻力也 较大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。
亚声速到超声速飞行的区别在于压力波,压力波挤压到一起正好发生在声速 的时候,所以形成声障(解释本层上图)
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这看不见的石墙也称激波。
在风洞里,激波的形成清晰可见
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随着速度的增加,激波的锋面变成圆锥形,锥的后倾角度随速度增加而增加, 锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼像燕子的翅膀一样后掠, “躲”到机头引起的激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。
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带锥度的平直翼可以前缘略带后掠,也可以后缘略带前掠,两者在气动上 有一点差别,但不改变都是平直翼的本质。当速度大幅度提高后,平直翼 阻力大的缺点就比较明显,尤其在速度接近声速的时候。
锥度可以使前缘略带后掠,像 DC-3
也可以使后缘略带前掠,像 C-130
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飞机前行的时候,飞机对前方空气产生压力,就好像船行时船首 在前方推开波浪一样。压力波以声速一层一层地向外传递,声速是 空气性质的分界线。亚声速飞行时,前方空气在压力波推动下有序 地向两侧让开飞机。然而,但飞机速度达到声速时,压力波不再可 能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反,压力波挤到 一起,密度剧增,像坚硬的石墙一样。跨声速飞行的飞机顶着一大 片看不见的石墙飞行,难怪阻力激增,这就是声障的由来。
协和式飞机
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在同样翼展下,三角翼的翼面积更大,升力更大;翼根更长, 结构上需要的加强越少,同样翼面积时重量更轻。另一方面,机翼 的阻力特征由相对厚度决定,也就是机翼的实际厚度和弦长(机翼 前后缘之间的距离)之比。实际机翼的厚度和弦长随不同翼展位置 而变化,所以一般取 1/4 翼展处的厚度和弦长之比。三角翼的翼弦 较长,在相对厚度不变的情况下,实际厚度较厚,既简化结构设计 和制造,有利于减重;又增加翼内容积,有利于增加机内燃油容量。
不平整表面引起额外的斜激波
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二、后掠翼
德国人阿道夫布斯曼在 30 年代就提出了后掠翼,只是没有引起当时人 们的重视而已。
元首的黑科技
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事实上,后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没 有达到超声速时已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以 形成上下表面气流的速度差、进而导致压力差而产生升力的。在高 亚声速时,机翼上表面气流速度可以超过声速。采用后掠翼的话, 迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量(法向分量)和平 行于机翼前缘的分量(展向分量),法向分量产生升力,展向分量 不产生升力。后掠角等于零时,法向分量和迎面气流相等;后掠角 越大,法向分量越小。也就是说,通过使用合适的后掠角,高亚声 速飞机的机翼上表面气流在法向可以降低到声速以下,避免激波阻 力。
最简单的机翼上平直翼
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为了均衡升力的分布,并改善机翼的受力设计和降低重量,平直翼可 以带一点锥度,从里到外逐渐变窄,改善升力分布,是更多的升力产生在 靠近翼根的部位,缩短力臂,降低翼根应力。低速、简单的小飞机可以用 简单平直翼以降低制造成本,但稍微有点追求的平直翼飞机大多带一定的 锥度。
C-130 这样带一点锥度的机翼也算平直翼
把后掠翼机翼后缘的“镂空”部分填补起来,就成为三角翼,这是美国 F-106 17
50 年代后,超声速飞机采用大后掠翼的越来越少了,大多采用三角翼。歼-8II、 歼-10 都是三角翼,欧洲的“台风”、“阵风”、“鹰狮”也是三角翼。
歼-8IIM
J-10A
台风
阵风
三哥的LCA
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四、梯形翼
但是三角翼没有一统天下。超声速飞行时,机翼只要“躲”在激波锥的 锋面之后,就可以避免产生激波阻力。也就是说,翼展较短的机翼也同 样可以达到降阻的作用。为了尽量增加翼面积以保证提供足够的升力, 机翼的弦长可以增加,甚至把平直的后缘前掠,形成粗短的梯形翼。后 掠翼靠后掠角减阻,但大后掠角带来较大的展向分量,造成升ห้องสมุดไป่ตู้损失, 尤其在低速的时候,大后掠角使很大一部分迎面气流都“溜肩”损失掉 了,造成低速时升力不足的问题,所以大后掠翼飞机的起飞、着陆速度 一般比较高,机动性不够好。 三角翼也有同样的问题。相比之下,梯形翼不靠后掠角减阻,所以机翼 前缘的后掠角可以较小,在性质上更加接近同样翼展下的平直翼,升力 较好。不过梯形翼的翼展受到限制,所以最后结果并不一定优于大后掠 翼或者三角翼。
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采用短粗的梯形翼也可以达到超声速减阻的作用, 这是美国 F-5
巴基斯坦空军同时装备有后掠翼的歼-6、梯形翼 的 F-104 和三角翼的幻影 III,这张图较好地同时
展示了三者的特征
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和三角翼相比,梯形翼的使用比较少,但还是有一些忠实的信 徒,尤其是诺斯罗普,F-5 和 F-18 都是梯形翼。洛克希德的 F104 也是梯形翼,但 F-22 已经超出传统梯形翼,而是介于梯形 翼和三角翼之间了。