柵格翼

柵格翼是一種較少採用的氣動面形式，由眾多薄的柵格壁鑲嵌在框線內形成。柵格壁在框線內的布局形式是多樣的，最基本的有兩種，一種是框架式，一種是蜂窩式。蜂窩式又分為正置和斜置兩種。目前得到最廣泛套用的是斜置壁與框線成45°角的蜂窩式柵格翼。蜂窩式柵格翼作為空中飛行器和水上航行裝置的升力面和控制面，可提高其升力特性，並且增加其穩定性和可控性，同時保證其在各飛行階段具有足夠的比強度、比剛度。

基本介紹

• 中文名：柵格翼
• 外文名：lattice fin
• 套用領域：航空航天科技

簡介

柵格翼由眾多薄的柵格壁鑲嵌在框線內形成。柵格壁在框線內的布局形式是多樣的，最基本的有兩種，一種是框架式，一種是蜂窩式。蜂窩式又分為正置和斜置兩種。目前得到最廣泛套用的是斜置壁與框線成45°角的蜂窩式柵格翼。蜂窩式柵格翼作為空中飛行器和水上航行裝置的升力面和控制面，可提高其升力特性，並且增加其穩定性和可控性，同時保證其在各飛行階段具有足夠的比強度、比剛度。

蜂窩式柵格翼

自20世紀40年代開始，蘇聯科學家對柵格翼的空氣動力、結構、強度、質量以及工藝製造等方面開展了系統的理論和試驗研究工作，但是由於當時對這種翼面的各種特性認識不足，柵格翼沒有被廣泛套用。

近年來，柵格翼重新引起了世界各國的重視，俄羅斯、美國、德國以及中國都加強了柵格翼理論研究和試驗研製上作，並且得以在衛星、火箭和飛彈上成功的套用。作為一種新型的承力穩定面和控制面，它必將得到越來越廣泛的套用。

柵格翼相對於平板翼的優越性

對於為達到各種目的而研製的現代飛行器來說，經常要滿足多種多樣複雜的要求，有時甚至是自相矛盾的要求，傳統平板翼已越來越不能滿足設計要求，因而必須研究和使用新的升力面，柵格翼作為一種創新型的升力面就是其中的一種。

柵格翼與傳統平板翼相比有一些自身特有的優勢：

a)柵格翼的翼弦很短，壓力中心在很寬的馬赫數範圍內的絕對移動量是一個小量，鉸鏈力矩也是很小的，所以將柵格翼用作控制面時，其轉向機構的功率很小，這將導致傳動和電源等裝置的質量減小，因而飛行器的質量可明顯減小。

b)在較高馬赫數的超聲速氣流中，在相同的外形尺寸下，柵格翼的升力面積比單翼的大得多。與平板翼相比，柵格翼的升力特性在超聲速下比平板翼好得多。文獻給出了結論：考慮展向相同的平板翼和柵格翼的法向力變化曲線，在2.5馬赫時，柵格翼的法向力係數比平板翼高50%。與平板翼相比，柵格翼的阻力係數卻要大得多，它的阻力係數是平板翼的4倍左右，這是它的主要缺點。

c)柵格翼作為承力面，最大的優點是具有高的強度-質量比。柵格翼是一個較短的懸臂樑，結構高度較大，與展長的尺寸相當而大大超過了翼弦，因而柵格翼的最大氣動載荷作用面與結構的最大剛度面重合，而單面翼最大氣動載荷作用面與最小剛度面重合，所以在與單面翼承受相同載荷條件下，柵格翼的質量可以大大減小，比實心的單翼輕3-5倍，比空心截面的單翼輕1-2倍；在翼展和升力面面積相同的條件下，當只考慮升力而不考慮阻力時，柵格翼的彎曲強度和剛度都比單面翼高許多。

d)柵格翼展向尺寸小，可以緊貼主體摺疊安裝，而不加大主體的外形尺寸。在很多情況下，柵格翼可以在自身的空氣動力矩作用下自動地打開，也可以強制地打開，這也是傳統平板翼做不到的。

比較柵格尾翼和兩種典型的尾翼的一些主要特性，可以看出柵格尾翼在控制效率和鉸鏈力矩特性方面優於傳統平板翼，但是阻力係數和雷達散射截面RCS (radar cross section)特性不如平板翼。

正是因為柵格翼相對於傳統平板翼的這些優點，它受到了世界各國的重視，俄羅斯、美國、德國以及中國都加強了柵格翼的理論研究和試驗研製工作，並且得以在衛星、火箭和飛彈上成功的套用。就目前來說，柵格翼己經成功地套用到了聯盟號宇宙飛船和神舟號宇宙飛船救生逃逸系統的穩定翼面上。然而，柵格翼的套用價值遠遠沒有得到充分的發揮，俄羅斯、美國、德國目前己經把柵格翼用到了飛彈武器上。研究表明，由於它既可作穩定翼，也可作為制導兵器的全動式舵翼，因而作為飛行器的穩定面和控制面，在升力特性、鉸鏈力矩特性和外形尺寸方面都優於傳統平板翼。它提供的升力較大，在較大的攻角和馬赫數範圍內都有很好的升力特性。它的尺寸較小，質量輕，弦向尺寸小，展弦比大，壓力中心的絕對移動量很小，鉸鏈力矩很小，可以採用較小的舵機，這些特點為戰術飛彈採用柵格翼提供了有利條件。

國內外動態和發展趨勢

蘇聯俄羅斯

20世紀20年代，以H.E.茹科夫斯基為首的BCHX委員會設計了高翼盒三機翼、雙尾翼重型機，飛機經過了試飛，但未投入生產。此後，航空業就向單翼機方向發展了。

50年代初，蘇聯就對柵格翼進行了理論和試驗研究工作，探討了柵格翼氣動特性的解析和工程計算方法：研究了風洞的實驗技術；進行了大量的氣動計算和實驗；同時也開展了柵格翼的結構、強度、生產工藝的研究，形成了一套設計方法，並成功地將柵格翼用到聯盟號宇宙飛船救生逃逸系統的穩定翼面上。

70年代開始，蘇聯科學家開始在飛彈設計中套用柵格翼，特別是彈道飛彈，如SS-12薄板戰術彈道飛彈、SS-20先鋒戰略飛彈、SS-21聖甲蟲B彈道飛彈、SS-23蜘蛛戰術彈道飛彈以及SS-25鐮刀洲際彈道飛彈。到目前為止，柵格翼在飛彈上最成功的套用是俄羅斯R-77中程空一空飛彈。90年代初，俄羅斯首次在R-77空空系列飛彈上採用4片柵格尾翼舵面取代常規的舵面，其突出的結構特點和空氣動力特點受到了西方軍事界的高度重視。飛彈質心靠後一點裝有4片固定式邊條形小展弦比彈翼，以減小氣動阻力，提高機動飛行時的穩定性：尾部是4個矩形柵格舵。R-77是世界上第1型採用柵格式尾翼舵面的空空飛彈。柵格舵面取代傳統的空氣動力控制舵面，可以減輕尾翼質量、減少大攻角機動飛行時的氣流分離、減小舵面氣動鉸鏈力矩，從而減小舵機功率、降低舵機能源、增大氣動升力和控制力矩、提高低速飛行時的穩定性和高速飛行時的機動性。柵格式尾翼因為其結構形狀和小弦長，可以緊貼彈體摺疊，這樣飛彈結構更加緊湊，易於存儲和運輸。

R-77空空系列飛彈

俄軍在“南方盾牌-2006"演習期間成功發射了一枚OTR-21圓點-U型短程彈道飛彈。 OTR-21圓點-U型短程彈道飛彈是俄陸軍現役威力最為強大的武器系統之一，主要用於打擊位於戰場上和敵人後方的點目標。據悉，OTR-21擁有非常高的打擊精度-圓機率偏差不超過10 m。俄羅斯圓點-U戰術彈道飛彈尾部也裝有柵格翼，柵格翼氣動控制與矢量控制方式配合使用，充分利用彼此的優點並且克服各自的不足。

圓點-U型短程彈道飛彈

最近俄羅斯推出的棒(Club)潛射巡航飛彈，也採用了柵格尾翼布局，其彈體尾部帶有4片柵格翼，未發射狀態下緊貼彈體摺疊，從魚雷管射出後柵格翼打開，在水中靜穩定地潛行，能夠有效地解決潛射飛彈水中發射穩定性問題。

美國

相對於蘇聯俄羅斯來說，美國開展柵格翼的工作比較晚，但是其發展非常快。20世紀90年代初，美國連續發表了多篇研究報告研究柵格翼套用的可行性，如，1993年發表了關於在無控火箭和反坦克飛彈上安裝柵格翼，用作空氣動力的穩定面和控制面的可行性試驗研究報告，還將它套用到一些超聲速飛彈上。

美國對柵格尾翼在飛彈上的套用特點做了充分的評估，並且在柵格翼氣動方面的數值計算上做了大量的工作，近年來也開展了試驗驗證工作。據其發表的報告顯示，數值計算己能比較好地模擬實際情況。相互驗證研究表明，誤差在允許的範圍之內。Karl S.Orthner, Ensign在其研究論文中指出，有限元分析所得柵格翼各種特性和試驗結果相比較，誤差均在10%以內。

由美國研製的柵格翼典型套用是其MOAB炸彈，它充分利用了柵格翼的可摺疊性。MOAB炸彈尺寸較大，重達9t多，作戰時由C-130運輸，待髮狀態柵格翼緊貼彈體，發射時MOAB炸彈被推出貨物倉到一個裝有降落傘的特殊裝置上，待釋放裝置後，柵格翼打開，控制MOAB炸彈利用GPS導航信號攻擊指定目標。

柵格翼的另外一個套用是其小炸彈，如JDAM和小直徑炸彈。小直徑炸彈比常規炸彈輕，由GPS導航系統引導。這類型武器低速飛行時，利用的主要還是這種特殊翼結構可摺疊，而非其空氣動力特性或者是控制效率。

中國

中國自20世紀90年代初開始了對柵格翼的研究，並且己成功套用於神舟號宇宙飛船逃逸飛行器上。逃逸飛行器由逃逸塔、柵格翼、可分離頭部整流罩、柵格翼展開機構等組成，其中柵格翼展開機構是保證逃逸飛行器靜穩定性的特殊裝置。

逃逸飛行器是一個無控飛行器。在39 km高度下的大氣層中出現應急情況啟動逃逸系統時，為了保證逃逸飛行器的氣動穩定性，需要依靠4塊展開的柵格翼將逃逸飛行器氣動壓心後移，以實現穩定飛行。柵格翼及其釋放機構已成功地通過了CZ-2F逃逸飛行器零高度試驗和最大速度頭試驗的考核，並參加了從神舟1號到神舟7號飛船的發射任務。

德國

德國也開展了柵格翼的理論研究和試驗研製工作。德國研製的高超聲速飛彈也採用了柵格舵。

綜上所述，柵格翼正是由於其自身獨特的空氣動力特性，與單面翼相比在一定條件下具有一些特定的優勢，才引起了廣泛的運用和重視。隨著各國對柵格翼理論研究和試驗研製工作的深入，柵格翼將會在飛彈、衛星、火箭以及艦艇上得到越來越廣泛的套用。