變後掠翼

變後掠翼

機翼後掠角在飛行中可以改變的機翼稱之為變後掠翼。

在飛機的設計工作中,有一個不易克服的矛盾:要想提高飛行馬赫數,必須選擇大後掠角、小展弦比的機翼,以降低飛機的激波阻力,但此類機翼在亞音速狀態時升力較小,誘導阻力較大,效率不高。從空氣動力學的角度講,要同時滿足飛機對超音速飛行、亞音速巡航和短矩起降的要求,最好是讓機翼變後掠,用不同的後掠角去適應不同的飛行狀態。對變後掠翼的研究,始於 40年代,但直到 60年代,才設計出實用的變後掠翼飛機。一般的變後掠翼的內翼段是固定的,外翼同內翼用鉸鏈軸連線,通過液壓助力器操縱外翼前後轉動,以改變外翼段的後擦角和整個機翼的展弦比。變後掠翼的缺點是,結構和操縱系統複雜,重量較大,不大適合輕型飛機使用。

基本介紹

  • 中文名:變後掠翼
  • 外文名:variable swept back wing
  • 優點:低速和高速飛行獲得機翼前緣升力
  • 缺點:大大的增加了製造和維護費用
  • 主要機型:米格--23 F-14“雄貓”
設計原理,優點,缺點,發展沿革,實戰套用,主要機型介紹,米格--23,F-14“雄貓”,狂風戰鬥機,

設計原理

變後掠機翼是50年代以後開始出現的一項薪技術。它的基本設計思想是讓機翼前後轉動,以改變後掠角大小,使飛機同時兼顧高速和低速飛行的氣動要求,擴大飛行速度範圍。具體講,就是當飛機起飛、著陸或需要作低速飛行時,將機翼往前轉動,減小後掠角,以提高飛機的低速飛行性能,縮短起落滑跑距離;而當飛機需要作高速飛行時,將機翼往後轉動,增大後掠角,以減小飛行阻力,提高飛機的高速飛行性能。由此可見,變後掠翼技術可以解決超音速飛機的高低速矛盾,改善起飛、眷陸性能,這是好的一面。但是採用變後掠翼也會帶來新的問題,如改變後掠角時,飛機的重心位置和升力作用點也會改變,使得飛機不易操縱,此外,在結構上也需要付出代價。為了解決這些問題,目前所採取的措施是採用外翼部分轉動(內翼仍為固定翼)、設定燃油輸送系統和使用高強材料等。

優點

通過機翼後掠角變化,使飛機在低速和高速飛行中獲得理想的機翼前緣升力
後掠翼雖然空阻小,但存在機翼前緣升力不足的缺點,而且後掠角越大,升力係數越低,使得飛機在起飛,著陸,空速限制等指標上都不理想.可變後掠翼在起飛,著陸和低速飛行時,使用較小的後掠角,使機翼前緣升力增加,機翼效率提高,而高亞音速和超音速飛行時使用大後掠角,提高飛機的加速性能和高速飛行能力。

缺點

變後掠翼飛機的主要缺點是:機翼轉動的機構複雜,重量大;活動外翼的載荷全部集中在樞軸上,而樞軸又必須靈活地轉動;固定翼內部必須留出足夠的空間容納縮進的外翼部分。固定翼與活動翼之間還需要有密封罩,以減小阻力;此外,還要有一套強有力的驅動裝置,在飛行中能快速地改變後掠角;如果活動外翼下有外掛物(副油箱、飛彈或炸彈),還需要一套協調機構,使它們在機翼改變後掠角過程中始終保持順氣流方向。活動翼的操縱方式有人工和自動兩種。在人工操縱方式中,機翼可有小後掠、中後掠和大後掠三個位置,駕駛員可根據飛行狀態加以選擇。先進飛機更採用自動無級變後掠角裝置,其後掠角可隨飛行馬赫數和高度的變化,自動保持在最有利的狀態。
變後掠翼
變後掠翼由於結構複雜引申出很多問題。為了支持機翼後掠角的可變,機翼必須由可變動機構組成。增加了機身重量,機翼懸掛點減少,負載減少,靈活度減少。增加了機構的複雜度與固件的數量,可靠性成幾何倍數的降低,同時生產複雜度和維護費用成幾何倍數的增加,從而造成付出多餘回報。而且就算犧牲如此多的方面也不能彌補其結構上的強度的降低。
如經典之作F-14。先是去掉了副翼,而後其關鍵部位必須使用不能常規焊接的鈦合金製造,為了其空氣動力學原理,甚至使用了類似氣囊的部件來補充機翼後緣缺失的部分,就算如此其重量還是大大的超過了同類戰機。從而大大的增加了製造和維護費用。對於一種常規性武器的批量生產這是很不利的。
不過,就算其有以上這些問題存在,無法掩蓋其機動性能上的強大優勢。
可變後掠翼飛機設計複雜,操縱也非常麻煩,故障率也比較高,最要命的是複雜的變翼機構限制了飛機的載荷,外型,隱身等一系列性能的提高。
而現代飛機設計通過採用雙三角設計,鴨翼,跨音速面積率曲線設計,大邊條設計,翼身融合技術等現代技術可以很好的彌補後掠翼的不足,使飛機獲得非常好的性能,而避免了變翼飛機的諸多不足,所以沒有必要採用變翼這種複雜的設計方式了。

發展沿革

世界上第一種變後掠翼戰鬥機F-111,是由美國通用動力公司於1965年研製成功的。亞音速和超音速飛機大部分採用大後掠角的機翼,這種機翼和平直機翼相比,更有利於高速飛行.但低速飛行性能不好,轉變半徑大,起飛和著陸滑跑距離比較長。於是,有人開始研究能在飛行時改變機翼的後掠翼角度的飛機,起降和低速飛行時呈平直機翼,在高速飛行時呈後掠翼或三角翼型,較好地解決飛機低速和高速飛行性能的矛盾。早在笫二次世界大戰期間,德國就已進行了這項研究。美國戰勝並占領德國後,在此基礎上於1948年開始變後掠翼飛機的技術試驗。F-111就運用了上述技術成果。此後,蘇聯的米格-23戰鬥機、美國的F-14戰鬥機和英國、聯邦德國、義大利聯合研製的“旋風”式戰鬥機也採用了變後掠翼技術。

實戰套用

1946年英國人最早開始研究變後掠翼,但是美國人後來者居上,於1964年底將第一架實用型變後掠翼飛機F-111送上了天。此後,變後掠翼開始在多用途戰鬥機和轟炸機中廣泛使用,出現了如前蘇聯的米格-23、圖-160,西歐的“狂風”和美國的F-14、B-1等變後掠翼飛機。

主要機型介紹

米格--23

米格(mig)--23戰鬥機是一種變後掠翼單座單發超音速戰鬥機,是70年代前蘇聯空軍用以取代米格--21的主要制空戰鬥機。該機兼有較強的對地攻擊能力。西方把它稱為“鞭撻者”。
米格——23米格——23
米格--23於1963年開始研製,1970年投入生產並裝備前蘇聯空軍,1973年開始大量生產,其後不久即出口外銷。到1986年停產時,生產總數已逾4000架。除前蘇聯外,使用該型飛機的國家還有保加利亞、捷克斯洛伐克、阿爾及利亞、埃及、伊拉克敘利亞衣索比亞、利比亞、越南、古巴、波蘭和印度等。
米格--23約有10種改型,技術、戰術性能逐漸改進。除機翼未?機身特別是機頭部分變化明顯,有的改型已成為專門用途的作戰飛機,如米格--23B是專門的對地攻擊型,編號也已經改為米格--27。
米格--23飛機是前蘇聯第一種重型戰鬥機,其外形脫離了米格戰鬥機機頭進氣的傳統樣式,改為兩側進氣,得以在機頭裝大直徑天線的火控雷達,實現了超視距攻擊。採用變後掠翼技術,改善了起降性能和增大了航程,同時減小了跨、超音速阻力。
米格--23突出的性能是平飛速度大,高空時達2.35倍音速,低空錶速達1350公里/小時,且水平加速性好,利於低空突防、高速攔截和攻擊後脫離。但該機的高空性能不突出,中低空機動性較差,如在5000米高度、0.9倍音速的最小盤旋半徑為2200米,比米格--21的還大,表明其近距格鬥能力較差,無法勝任其主力制空戰鬥機的使命,只適於中、低空高速攔截使用。而它的對地攻擊型由於武器掛載量較大,航程較遠,低空突防速度大、裝甲防護較好,倒不失為一種對地攻擊能力較強的戰鬥機。
米格--23裝有“高空雲雀”火控雷達都卜勒導航系統自動駕駛儀和儀表著陸設備,還有雷射測距雷達告警等設備。對地攻擊型還可掛空地飛彈戰術核武器伊拉克空軍裝備了不少米格--23戰鬥機,但在海灣戰爭中無建樹,反而被多國部隊空軍在空中擊落9架。

F-14“雄貓”

F-14"雄貓"TOMCAT戰鬥機是根據美國海軍70年代到80年代艦隊防空和護航的要求;由格魯門公司研製的雙座超音速多用途艦載戰鬥機.它的主要作戰任務為:
F14 雄貓F14 雄貓
⒈護航:在一定的空域奪取並保持制空權,驅逐敵戰鬥機,保護己方的攻擊力量.不帶副油箱的活動半徑為720-800公里,能在目標上空3050米高度用機炮和“麻雀’飛彈作戰2分鐘。
⒉艦隊防空:能在距艦隊160-320公里的空域巡邏2小時(帶副油箱和“不死鳥”飛彈)或從航空母艦甲板彈射起飛執行截擊任務.
⒊遮斷和近距支援:可載6500千克低阻炸彈和兩枚“響尾蛇”空-空飛彈執行遠距遮斷或近距空中支援作戰任務.掛6顆MkB2炸彈,攻擊1600公里以外的地面目標,能保持5分鐘的空戰能力。

狂風戰鬥機

英國、德國和義大利共同研製的雙座雙發可變翼戰鬥機,1969年3月開始研製,1974年8月首飛,1976年開始批量生產,1980年服役。有防空型(ADV)、對地攻擊型(IDS)、電子偵察型(ECR)三種型號,各型飛機共生產993架。對地攻擊型(IDS)裝有兩台R199-34R-MK103渦扇發動機,單台最大加力推力79.2千牛推重比為7一級。機長16.72米,機高5.95米,翼展13.91米(最大)、8.6米(後掠),最大起飛重量27215公斤,最大速度2.2馬赫,作戰半徑1390公里。機載武器為2門27毫米機炮,7個外掛架,可掛4枚“空中閃光”半主動雷達制導中距空空飛彈以及2枚AIM-9L紅外空空飛彈,各種空地飛彈和炸彈,最大載彈量9000公斤。
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