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運20一核心技術:超臨界翼型使得運力猛增(圖)
送交者: 一劍破天 2016年01月21日19:38:51 於 [軍事天地] 發送悄悄話

超臨界翼型是一種多用於大型客機和軍用運輸機的翼型,可以顯著的提升飛機的飛行速度和氣動性能,該技術屬於一種較為先進的技術,目前也就是中美等國進行了應用,俄羅斯尚未在運輸機和客機上採用該技術,單從這一點來說,運20的氣動外形非但沒有山寨伊爾76,反而在關鍵技術上要比之先進不少,取得了性能上的優勢。



翼型,也稱翼剖面,對飛機的升阻特性影響很大。目前飛機上常用的機翼翼型主要有凹凸、平凸、雙凸、對稱等基本形狀,超臨界翼型屬於雙凸翼型中的一種。



飛機是靠氣流流經機翼,在其上下表面間形成速度差(從而導致壓力差)來產生升力的。當飛機處於中小迎角狀態時,在相同的時間裡氣流繞過機翼上表面所走的路程比流經下翼面的距離長,由此造成機翼上表面的氣流速度比下翼面的快。而流速與靜壓是成反比的,流速高,壓力小;流速低,壓力大。於是,便在上下翼面之間產生了壓力差。



運20一核心技術,俄羅斯也自嘆不如:超臨界翼型使得運力猛增


在飛機的運動速度和迎角相同的情況下,翼型越厚,上表面凸起越多,上下翼面間的壓差就越大,升力也就越高。向前飛行時,相對於來流速度,翼面上的局部流速明顯加快。當飛機的速度進入M數0.85~0.9的高亞音速區域,翼面流場的速度將率先達到音速(M數1)。



此時的飛行M數被稱為“臨界馬赫數”。若飛機繼續增速,機翼表面便會出現局部激波,從而引發激波阻力,導致全機阻力係數陡升。為了保證良好的經濟性,一般的客機、運輸機的飛行速度不宜超過臨界M數(臨界馬赫數)。



如果想在維持較高升阻比的前提下,進一步向上擴展有利飛行速度區間,就必須設法提高機翼的臨界M數。減小翼型厚度、增大機翼前緣後掠角等,均是有效的措施。但無論是薄翼型還是後掠翼都存在着升力係數低、結構強度差等問題。



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超臨界翼型的設想是NASA(美國國家航空航天局)的著名科學家理查德?惠特科姆博士於1967年提出的。這種翼型厚度較大,前緣圓滑,上翼面中部相對平坦,氣流的加速過程趨緩,從而可推遲局部激波產生的時機(將臨界M數提升至0.95左右),即使產生了激波,其強度也比較弱。這種特殊的厚翼型不但能提高飛機的最大經濟速度,還具有機翼內部容積大、結構重量輕等優點。



不過,翼型上表面平坦,氣流增速較慢,也有不利之處,上下翼面間的速度差和壓力差比較小(意味着升力偏低)。要想改善它的氣動特性,必須想辦法降低翼型下表面的相對流速。為此,研究人員對其進行了局部修形,讓下翼面在接近後緣處的地方向內凹入,使後緣變薄,且向下彎曲(形狀有點像蝌蚪)。這樣調整之後,可明顯減小下表面的氣流速度,從而增大翼型後端區域的上下壓差(稱為後部加載)。如此一來,超臨界翼型的升阻特性就比較理想了。一般而言,超臨界翼型的臨界M數比較高,採用此類翼型的機翼便可以將後掠角設計得小一點。在翼展相同的情況下,這有助於進一步減輕機翼的結構重量,提高其巡航升阻比,改善亞音速和高亞音速飛行時的經濟效益。



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界翼型不是一種,而是一族,以適應不同飛機的使用要求。各航空大國都對這種特殊的翼剖面進行過系統研究,且設計細節和獲得的翼型參數是相互保密的。我國經過多年的探索,在超臨界翼型的研究方面已取得了一大批成果,已有多款國產飛機選擇了此類翼型。我國20世紀70年代初研製運-10客機時,就成功地運用了超臨界翼型技術,從而使運-10的許多飛行性能勝過了波音707。由此類推,如果運-20也採用新開發的超臨界翼型,那麼在氣動性能上,該機應明顯超越伊爾-76,與同樣選擇超臨界翼型的C-17基本相當


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