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作三角翼和鸭翼的同志,一起来学习了,偶刚学的,认为很有用 | 5iMX
好,在写关于前翼之前,先写一些通俗一点的关于涡和飞机气动布局的的基本知识吧。

许多朋友并不理解涡产生的原理,我这里用比较通俗的语言说说吧,不一定准确就是了。
机翼在产生升力的时候,下表面的空气就有向上表面运动的趋势。在机翼的中间部分,气流受到翼面的阻挡而无法直接向上运动,这里空气的压力差便产生了升力;而在机翼边缘的空气则不受翼面的阻挡,形成向上运动的涡,综合飞机的前进便形成了涡流。一般来说,低能量的涡流是不稳定、难以控制的,而且还会产生可观的阻力,这也就是为什么一些飞机会装所谓的翼梢小翼,或利用翼梢的涡流带动发电机来减少翼梢涡流带来的能量损失。不过,后来的研究发现涡也可以产生升力,利用好脱体涡也成为研究的一个方向。2002年在珠海亮相的侧板技术也是对涡的控制的技术。
自己先说这么多。下面引用一些文章.

首先引用山东教育出版社出版、顾诵芬主编的《航空航天科学技术(航空卷)》,第260到262页:

    (3)涡空气动力学的兴起——细长三角翼飞机问世

    人们对提高速度的要求是无止境的,随着飞行速度的进一步提高及高速飞机起降和机动时要求高升力、大迎角,原来的飞机已满足不了要求,因为不管是直机翼飞机还是后掠翼飞机,在飞行中气流完全附着于机翼表面流过(这种流动形态叫附着流型),而在较高的超音速和大迎角下,气流在机翼上会分离并伴随着升力下降,而且无论怎样改进机翼形状都无济于事。为了解决这一问题,在50年代中期,E.马斯克尔和D.屈西曼大胆提出了利用前缘分离,在翼面上卷起一个集中涡,即脱体涡产生升力的设想(这种流动形态叫脱体涡流型)。只要对集中涡利用得当,就能产生较高升力,也可扩大可用迎角范围。利用涡升力的典型机翼是细长三角翼。英国与法国合作研制的“协和”号超音速客机和瑞典的超音速战斗机SAAB-37“雷”的成功,标志着脱体涡流型已进入飞机设计领域。这是空气动力学观念突破带来的硕果。

    (4)涡空气动力学的发展

    采用脱体涡流型布局的飞机也存在着不可克服的缺点,即丧失了前缘吸力而使阻力增大,同时在较大迎角下脱体涡会破裂而丧失升力。为了克服这些缺点,人们开始仔细观察和研究鸟类及昆虫的飞行,发现鹰能高速俯冲后急跃升,其机动过载高得惊人;美洲黄蜂能以极小的翅膀支持其笨重的躯体,并可悬停在花蕊上吸蜜,这其中的奥秘是什么呢?观察发现,鹰在格斗时翼梢上的羽毛一根根向不同方向张升,蜜蜂悬停在花上时,一对小翅膀一直不停地扇动着。分析推测它们都充分利用了非定常(与运动有关)效应,都具有极高升力潜力的非定常脱体涡流动形态,即非定常脱体涡流型。自然界能飞行的动物几乎都具有在极大迎角下利用和控制非定常脱体涡流升力的能力。这种流型已开始在高机动性飞机上应用,最典型的例子是苏-27飞机能做迎角到110度的眼镜蛇机动,这就是利用了非定常升力的结果。预计未来的飞机将具有极高的升力和极小的阻力及高度机动灵活的飞行能力。这是空气动力学的最高奋斗目标,也是人们梦寐以求的飞行理想。
    可以看出,空气动力学的发展也就是流型的发展。但是任何一种新流型的诞生并不意味着原有流型的结束,因为任何一种流型并非十全十美,有优点也有缺点。空气动力学科技工作者的任务不仅要发展流型,而且还要综合研究流型。例如,他们根据附着流型和脱体涡流型的优点,建立了混合流型的概念,并应用于飞机气动设计上,出现了边条翼布局,发展了性能优良的F-16、F-18、苏-27、米格-29战斗机。
    ……

再引用北航版《飞机总体设计》,第52到58页:

    飞机气动布局形式

    飞机的气动布局通常是指其不同的气动力承力面的安排形式。全机气动特性取决于各承力面之间的相互位置以及相对尺寸和形状。机翼是主承力面,它是产生升力的主要部件,前翼、平尾、立尾等是辅助承力面,主要用于保证飞机的安定性和操纵性。
    根据各辅助翼面与机翼相对位置几辅助面的多少,有以下几种气动布局形式:
    ·正常式布局,水平尾翼在机翼之后;
    ·鸭式布局,水平前翼在机翼的前面;
    ·无尾或“飞翼”,飞机只有一对机翼;
    ·三翼面布局,机翼前面有水平前翼,机翼后面有水平尾翼。
    其共同特点是对不同的升力值都能进行配平,在给定某一升力值时都能保持安定的运动。

    正常式布局
    多数战斗机都采用正常式布局。现代战斗机更强调中、低空机动性,要求飞机具有良好的大迎角特性。在20世纪70年代发展了边条机翼,在中到大迎角范围产生的脱体涡除本身具有高的涡升力增量外,还控制和改善了基本翼的外翼分离流动,从而提高了基本翼对升力的贡献。边条翼在大迎角时使升力增加,诱导阻力减小,跨音速时延缓波阻的增加,减小超声速的波阻(相对厚度减小),但易使俯仰力矩发生上仰。随着主动控制技术的发展,采用放宽静安定度设计很容易解决纵向力矩局部不安定问题。由于边条翼所具有的优点,许多第三代战斗机,如F-16、F/A-18、米格-29、苏-27皆采用正常式边条翼布局,其机动性能尤为突出。美国第四代战斗机F-22A也采用了正常式布局。

    鸭式布局
    随着主动控制技术的发展,电传操纵技术的成熟,把前翼设计得比较大(相对面积8%~15%)并靠近机翼构成所谓近耦合鸭式布局已成为现实。在中、大迎角时,前翼与机翼前缘同时产生脱体涡,两者互相干扰,使涡系更稳定而产生很高的涡升力。它与边条翼不同之处在于其主翼(基本翼后掠角也大)也产生脱体涡,两个脱体涡产生强有利干扰,属于脱体涡流型;而边条翼仅边条产生脱体涡,基本翼仍是分离流,属于混合流型。由于其大迎角特性优越,也是一种具有高机动性能的气动布局形式,典型代表机种为瑞典的JAS-39、法国的“阵风”、欧洲四国的EF-2000。
    鸭式布局的难点是鸭翼位置的选择以及大迎角俯仰力矩上仰的问题。因鸭翼面积大、产生的大升力在重心之前,俯仰力矩在大迎角时上仰严重,由于无平尾,如何保证在大迎角具有足够的低头操纵力矩成为难题,有时在后机身加边条(如X-29)或限制放宽静安定余度;当推力矢量技术成熟后,该问题容易解决了。俄罗斯的第五代战斗机米格I·42即是鸭式布局。

    无尾飞机
    由于无尾飞机没有前翼和平尾,其飞机的纵向操纵和配平仅靠机翼后缘的升降舵来实现,其一尾臂较短,效率不高;其二在飞机起降时,增加升力需下偏较大角度,由此带来低头力矩,为配平又需上偏,造成操纵困难和配平阻力增加,因而限制了飞机的气动性能,现在飞机比较少用,仅有法国的幻影III及SR-71为无尾飞机,其优点是超声速阻力小。有了电传操纵系统后,可放宽静安定度,纵向操纵及配平问题得以解决,但大迎角其动性能不好,因此,一般第三代高机动战斗机都不采用,仅幻影2000和隐身轰炸机B-2采用了飞翼形式,现在进一步发展无立尾的飞机如美国的试验机X-36。

    三翼面布局
    三翼面布局是在正常式布局的基础上增加一个水平前翼而构成(即前翼+机翼+平尾),因此,它综合了正常式和鸭式布局的优点,经过仔细设计,有可能得到更好的气动特性,特别是操纵和配平特性。F-15加前翼构成三翼面布局(AFTI-15布局),其机动性改善是明显的;俄罗斯把苏-27加小前翼改为舰载型,又把苏-27加大前翼改成苏-35,其机动性得到更大提高,主要得益于升力的增加。
    在正常式布局的机翼前面加一个前翼,使气动载荷分配更合理,从而可以减轻机翼上的载荷,减少结构重量。此外,增加一个前翼操纵自由度,它与机翼的前、后缘襟翼及水平尾翼结合载一起可进行直接控制及保证大迎角有足够的低头恢复力矩,改善大迎角特性,提高最大升力;其缺点是因加前翼而使零升阻力和重量稍增加。
    综上所述,各种布局形式特点不同,选择气动布局形式是一个综合、折衷的过程。对于现代高性能战斗机的设计,除要在亚、超声速及大、小迎角全包线范围内都具有满意的气动特性外,还要考虑隐身性能对外形的要求;而隐身与气动力对外形的要求有些是矛盾的,因此如何综合、优化气动力与隐身性能就更是总体布置和设计的一个主要任务。

哇……手累死了,本来还想引《航空知识》的一些相关内容的,下次吧
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