飞机机翼的演变史

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飞机机翼的演变史

     在飞机诞生之初，机翼的形状千奇百怪，有的像鸟的翅膀，有的像蝙蝠的黑翼，有的像昆虫的翅膀;有的是单机翼，有的是双机翼。到第二次世界大战时，虽然绝大多数飞机“统一”到单机翼上来，但单机翼的位置又有上单机翼、中单机翼和下单机翼之分，其形状有平直机翼、后掠机翼、三角机翼、梯形机翼、变后掠角机翼和前掠角机翼之别。从某种意义上可以说，机翼的演变史也就是飞机的演变史。
　　为什么飞机设计师们如此重视飞机“翅膀”的研究和改进工作呢?道理很简单:因为机翼能产生升力把飞机送上天，同时，机翼的形状和大小还直接关系到飞机的速度。所以，自从有了飞机以来，人们对机翼的研究和改进工作就没有停止过。
　　1945年，英国研制了两架飞机，安装了当时先进的喷气发动机，速度达到音速。但过了不多久，这两架飞机先后在空中解体坠毁。后来人们通过研究才发现，原来飞机接近音速时，机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化，空气作用力的总作用点后移，飞机会突然自动俯冲，又使飞机增速更快，最后，超过它本身能承受的强度，所以飞机散架了。
　　后来，用其他飞机做试验飞行时，还发现一个严重的问题，就是机翼上产生激波后，飞机的阻力会急剧增加，比低速飞行时大10倍甚至几十倍，所以即使用喷气式发动机，也很难使飞机超音速。当时把这种困难叫做“音障”。
　　为了解决机翼影响飞行速度的问题，许多国家都在研制新型机翼。德国人发现，把飞机的机翼做成向后斜的形式，像燕子的翅膀，可以延迟“激波”的产生，减小由于激波引起的阻力，也可以缓和飞机接近音速时自动俯冲的不稳定现象。1948年，美国把后掠机翼应用在F-86战斗机上，苏联也于40年代末期，研制出带后掠翼的喷气式米格-15歼击机。
　　但是，后来进一步研究表明，为了超音速飞行，后掠翼并不是惟一可用的形式。很薄的梯形和三角形机翼，对超音速飞行也很合适。所以后来美国的SR-71飞机和苏联的米格-25飞机的机翼外形就大不相同。SR-71飞机使用的是三角形机翼，而米格-25飞机是后掠翼。但这两种飞机的性能却比较接近。
　　飞机机翼采取向后斜的形式后，又出现一个问题，即向后斜的机翼比平直的普通机翼，在同样的条件下产生的升力小，这对飞机的起飞、着陆和巡航都带来不利的影响。例如，飞机在飞行时，要滑跑到很大速度，使升力足够大，才能使飞机离地，因此起飞滑跑距离很长。着陆的情况也一样。这对作战来说是很不利的。在空中巡航时，后掠翼飞机比普通平直机翼的飞机油耗多。因为后掠翼在同样条件下，产生的升力小一些，而低速飞行时，它的阻力又相对要大一些，耗油多，飞机航程就会受到影响。
　　为了改善飞机的起飞、着陆和巡航性能，有人研究出一个方案，就是使机翼能改变后掠角。起飞、着陆和巡航时，机翼在平直位置;要飞大速度时，机翼向后斜，这样就可以“两全其美”了。
　　为了解决这个问题，人们曾经对机翼的形状和变后掠角旋转轴的位置，试验过不知多少次，前后大约经历了20年的时间，变后掠翼飞机才于1964年研制成功。由于变后掠翼可以适应飞机高速飞行的要求，也适应低速巡航以及起飞着陆的要求，因此，现代作战飞机，无论是歼击机、轰炸机或强击机，多采用变后掠翼形式。如，美国的F-111、F-14歼击机，B-1战略轰炸机，前苏联的米格-23、苏-20、苏-24歼击轰炸机，英国、意大利、德国合制的“狂风”歼击轰炸机等，都是变后掠翼飞机。变后掠翼飞机虽然克服了后掠翼的一些缺点，但到80年代，经过实践，人们发现变后掠翼飞机的优点并不像原来估计的那么大，而且机翼前后转动，要用很大的轴承和很坚固的结构，增加了飞机的重量，对飞机的性能产生不利影响。因此，80年代后，已不再采用这种威廉希尔官方网站 。继而起之的是前掠翼飞机和飞翼式飞机。
　　与后掠翼飞机形状和布局相反，前掠翼飞机的机翼向前倾斜。其形状像一把张开的剪刀，从上往下看呈V字形。前掠翼概念几乎是与后掠翼同时提出的，而且从理论上它们都能提高临界速度，降低波阻。从1944年德国研制世界上第一架前掠翼飞机“容克斯”287，到1984年美国前掠翼试验飞机X-29A首次试飞，共试制了50多年，但直到今天也没有一架实用前掠翼飞机问世，其原因是前掠翼飞机存在不少空气动力学方面的难关。不过，美、俄一些设计专家看好，认为前掠翼飞机具有一般后掠翼飞机所不具有的良好的跨音速性能，特别是在音速附近稳定性能极好。采用前掠翼比常规后掠翼飞机有三大优势:一是能保证亚音速飞行，具有较好的气动性能;二是能提高机动性和大迎角飞行的可控性;三是具有更好的起飞和着陆性能。此外，前掠翼飞机的航程更大，机身隐身特性更好。前掠翼威廉希尔官方网站 与矢量推进威廉希尔官方网站 结合，能使它在空战中保持绝对的优势。就飞机形状而言，要数飞翼式飞机最奇特了。飞翼式飞机将机身与机翼合二为一，发动机、操纵面以及乘客和货物统统装在里面，整个飞机就像一只巨大的机翼一样。飞翼式飞机的优点是:构造简单、制造容易、空间较大、阻力很小，并且十分坚固。30年代就有人开始研制这种奇特的飞机，由于威廉希尔官方网站 问题很多，飞翼式飞机一直没有达到实用阶段。直到80年代后期，美国诺斯罗普公司才研制出起点很高的飞翼式飞机B-2隐身轰炸机。
　　B-2从上面往下看呈多边形，前缘呈大后掠角，后缘是W形，像锯齿一样，中间有三个“齿”。从正面看，飞机呈圆弧形，只在发动机和座舱位置略有突出。B-2的流线型极佳，外表异常简单，阻力很小。机翼后缘装有4对操纵面，综合了升降副翼、升降舵和襟翼的作用，没有垂直尾翼等部件。
　　B-2有效地解决了稳定与操纵问题，显示了飞翼式飞机的巨大潜力。由于载重量大、外形简单等优点，许多超大型运输机设计方案均采用了飞翼布局。例如，有一种超大型客机方案采用大型飞翼布局，内部客舱分上下两层，载客量达800名。这种飞机将有效解决航线和机场的繁忙问题

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