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到底什么是飛機的后掠翼?

來源:科普中國-軍事科技前沿2020-11-19 17:38

  出品:科普中國

  作者:岳江鋒

  策劃:宋雅娟

  監制:光明網科普事業部

  網友提問:到底什么是飛機的后掠翼?

  專家解答:

  正如鳥類需要翅膀才能翱翔藍天一樣,為飛機安裝一副好用的“翅膀”一直是人們不懈追求的目標。早期的飛機一般都采用平直翼,但隨著飛行速度的提高,飛機會在高速俯沖時因解體而墜毀。后來,科學家們發現當飛行速度接近音速時,飛機會遇到極大的阻力,就像撞上了看不見的“石墻”。這時,飛機要么速度難以再提高,要么承受不住巨大的沖擊力而粉身碎骨。這看不見的“石墻”也稱激波。激波的鋒面正好在聲速時是平直的。隨著速度的增加,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上世紀30年代就提出了后掠翼,只是沒有引起當時人們的重視而已。飛機的后掠翼就是前、后緣向后伸展的機翼,呈錐形。表征機翼后掠程度的指標是后掠角,即機翼前緣與水平線的夾角。通常所說的后掠翼飛機,指機翼后掠角多在25度以上的飛機。毫不夸張的說,后掠翼的出現是機翼形狀的一次重大變革,對飛機發展產生了極大影響。如今我們所看到的高亞音速和超音速飛機,無一例外都是采用后掠翼或由其改進的后掠三角翼。

  事實上,后掠翼無論是對于亞聲速飛行還是對于超聲速飛行都大有益處。對于亞聲速飛行來說,后掠翼可以提高阻力發散所對應的飛行馬赫數;對于超聲速飛行來說,后掠翼則可以減小激波阻力。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有達到超聲速時就已經體現出來了。機翼是通過對上表面氣流加速以形成上下表面氣流的速度差,進而導致壓力差而產生升力的。

  在高亞聲速時,機翼上表面氣流速度可以超過聲速。采用后掠翼的話,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),法向分量產生升力,展向分量不產生升力。后掠角等于零時,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,通過使用合適的后掠角,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。

到底什么是飛機的后掠翼?

世界上最大的后掠翼飛機——圖-160轟炸機(圖片來自網絡)

專家介紹:岳江鋒,原中國國防科技信息中心軍事刊物主編,畢業于解放軍國防科技大學,曾在軍中服役20余年,現為某研究所高級工程師、項目總師,獲軍隊科技進步二等獎1項,三等獎3項,在多家網絡媒體發表文章百余篇,并創建了“謝武軍事”公眾號。

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[ 責編:張夢凡 ]
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