超臨界機翼是一種特殊翼剖面（翼型）的機翼。採用這種翼型設計的固定翼飛機可大幅改善在跨音速範圍內的氣動性能，降低阻力並提高姿態可控性。
需要注意的是，超臨界機翼並不是“最新高科技技術”，空中客車A300於1972年即已經採用超臨界機翼，距今已40多年。
基本介紹
- 中文名：超臨界機翼
- 外文名：Supercritical Airfoil
- 特點：低速和跨音速的升力特性好
- 套用：民用飛機和軍用運輸機
簡介,設計準則,NASA超臨界翼型發展,套用,
簡介
大型飛機採用超臨界機翼,並具有尺度大、飛行雷諾數高等特點,其研製中必須解決好高升阻比機翼、翼身組合體設計,推進系統/機體一體化設計,抖振特性、靜氣動彈性特性預測及超臨界機翼流動控制等高速氣動力問題。
超臨界機翼採用特殊翼剖面（翼型）的機翼。它能提高機翼的臨界馬赫數，使機翼在高亞音速時阻力急劇增大的現象推遲發生。它的翼型被稱為超臨界翼型，由美國R.T.惠特科姆於 1967年首先提出。 其形狀特徵是前緣較普通翼型鈍圓，上表面平坦,下表面接近後緣處有反凹(見圖)，後緣薄,而且向下彎曲。氣流繞過普通翼型前緣時速度增加較多(前緣越尖，迎角越大，增加越多），在翼型上表面流速繼續增加。翼型厚度越大，上表面越向上隆起，速度增加也越多。飛行速度足夠高時(相當馬赫數0.85～0.9),翼型上表面的局部流速可達到音速。這時的飛行馬赫數稱為臨界馬赫數。飛行速度再增加，上表面便會出現強烈的激波，引起氣流分離，使機翼阻力急劇增加。為了保持飛機飛行的經濟性，飛行馬赫數不宜超過臨界馬赫數。想要提高飛行速度就要設法提高機翼臨界馬赫數。減小機翼厚度或採用後掠機翼（見後掠翼飛機）可以提高臨界馬赫數，但是這樣會增加機翼重量。採用超臨界機翼可提高臨界馬赫數，同時不必付出增加機翼重量的代價。
超臨界翼型的前緣鈍圓，氣流繞流時速度增加較少，平坦的上表面又使局部流速變化不大。這樣，只有在飛行馬赫數較高時，上表面局部氣流才達到音速，即其臨界馬赫數較高。在達到音速後，局部氣流速度的增長較慢，形成的激波較弱，阻力增加也較緩慢。
超臨界機翼還可用於減輕飛機結構重量。如果帶後掠翼的高亞音速飛機改用超臨界機翼，在保持飛行速度不變的情況下，可以在機翼厚度不變時改用平直機翼，這樣就可減輕機翼重量，同時改善機翼的低速氣動特性。如維持後掠角不變而採用厚機翼，同樣可降低機翼重量，還可增加機翼內的容積，用以放置燃油或其他設備。超臨界機翼由於前緣鈍圓，低速和跨音速的升力特性比較好，有可能套用在超音速飛機上。
設計準則
- 在設計條件以下某一增量法向力係數和馬赫數時，上下表面的壓力分布應是平坦的，而且上表面的壓力應該剛好低於音速值。
- 在設計點及其以下升力係數和馬赫數時，尾部壓力恢復梯度必須是逐漸的，以避免在後緣出現局部分離。
- 機翼尾部有足夠的彎度以便在設計條件時翼型攻角約為零。這條準則防止上表面頂峰靠前於翼型中間弦長處的負壓力係數區，以防其成為尾部對立面。
- 上表面的超臨界流動區的速度是逐漸減少的。對一給定的升力係數，這一準則通常會導致最高的阻力突升馬赫數。
NASA超臨界翼型發展
二十世紀60年代到70年代在NASA內部集中力量發展了具有二位跨音速紊流流動病能提高阻力發散馬赫數的實用翼型，同時該翼型能夠保持可接受的低速最大勝利和失速特性，這就是所謂的超臨界機翼。這種建立在帶有等熵再壓縮的局部超音速流概念上的獨特翼型形狀的特點是：具有大的前緣半徑，在上表面中部區域減小曲率，同時具有大的後彎度。
就目前為止NASA超臨界翼型的發展至少經歷了三個階段。
階段1超臨界機翼的典型代表是開縫超臨界機翼。該翼型的3/4弦長附近的上下表面之間開了一條縫，以給上下表面層增加能量和延遲分離。其上表面大部分區域保持著超音速流，當超過臨界馬赫數後具有良好的亞音速阻力增長特性。
階段2超臨界機翼設計是在上面提到的設計準則基礎上設計的。每一翼型的設計條件是通過指定最大厚度和升力係數而讓馬赫數“浮動”來建立的，以便翼型能達到一般設計和非設計壓力分布。該階段所有的設計均假定在3%弦長處達到全紊流。
階段3超臨界機翼是在階段2的基礎上發展的。當階段2的超臨界翼型提出後，人們擔心超臨界翼型的後緣半徑太大而不能獲得很好的低速特性，以及翼型的低頭力矩太大和翼型後緣剪頭的結構空間不夠大。階段3的發展就是為了結局這些問題。
套用
中國運-20是一款大型寬體軍用運輸機，由4個渦扇發動機提供動力。採用的是超臨界上單翼結構。網上資料顯示;運-20機組人員由3人組成，飛機採用傳統布局，三點式起落架，前起落架兩個輪，可90度偏轉。最大載重量66噸，機身長47米，翼展45米，高15米，最大起飛重量220噸。躋身全球十大運力最強運輸機之列。
與C17相比，儘管在運載能力上有十幾噸的差別，但是同樣可以投送大型的裝備，像C17的話，投送M1-A1，或者M1-A2這種大型坦克，最大的重量在60噸上下，我們的運輸機也可以投送陸軍最先進的三代的主攻坦克，這個能力也是具備的，所以這個能力是不相上下的。像伊爾76的話就差了20噸，這個就有代差了。另外從航電水平來看的話，我們比伊爾76，甚至重點發展的伊爾476的發展來看的話，我們有更大的優勢。運20與此前研發的國外運輸機相比，有後發的優勢，我研製的晚，我可以把更新的技術運用這裡面，一個好的軍用大型運輸機，要求是拉得多、跑得遠、而且能在短跑道、土跑道等惡劣條件下起降。運20顯著的特點是比伊爾76的機艙變粗了，這意味著它的裝載能力和轉載適應性將會更強。
