机翼是为飞机提供升力的主要部件,升力的大小与机翼的翼型、面积和平面形状有很大关系。常见的机翼平面形状有矩形、梯形、三角形等。其中,三角翼飞机更以其别具一格的设计和卓越的性能吸引着人们的目光。
三角翼飞机,指的是机翼前缘后掠、后缘基本平直、机翼俯视平面形状为三角形的飞机。根据机翼在机身上的相对位置,有上单翼、中单翼和下单翼3种类型。
歼 -10 采用的是下单翼三角翼 + 近耦合(两个或两个以上体系或运动形式之间,通过各种相互作用、彼形式之间,通过各种相互作用(图源《知识就是力量》杂志)
后掠翼“智斗”隐形的飞行障碍
三角翼布局的飞机的诞生与后掠翼有一定关联。后掠翼指的是机翼前、后缘向后伸展,并与机身斜交的机翼。
当飞机飞行速度(垂直于机翼前缘的速度)接近声速时,机翼上表面的局部气流速度会超过声速,出现激波(关于激波详见《知识就是力量》2022年11月刊)。激波会增加飞机的飞行阻力,产生波阻。
而后掠翼,由于其垂直机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度,只在更高的飞行速度下才出现激波,也就是说它可以推迟激波的产生。此外,后掠翼还能够减弱激波强度、降低波阻。
后掠翼出现后,被广泛应用在喷气式战斗机上,这使战斗机的飞行性能得到大幅提升。在这之后,有人提出了三角翼布局。
歼 -20 采用的是上单翼三角翼 +耦合鸭式布局(图源《知识就是力量》杂志)
三角翼:厚度与气动性的完美平衡
三角结构具有良好的稳定性,而三角形状的机翼能使机翼两侧的气动中心更靠近机翼根部,减小根部的受力载荷。
同时,由于三角翼机翼根部的翼弦(详见《知识就是力量》2023年6月刊)很长,在机翼相对厚度一定的条件下,机翼根部绝对厚度大。也就是说,设计人员可以在不影响机翼气动性的前提下,增加机翼厚度。这不但能够大大增加机翼根部的强度,有利于飞机承受高速飞行中的高载荷,而且增大了收纳起落架和储油的空间。
在飞机机翼结构设计中,飞机的空气动力学平衡与可控制性主要通过机翼压力中心的改变来实现。
压力中心就像是飞机的天平支点,它决定了飞机能否在飞行中保持平衡。因此,它也成为机翼结构设计的关键因素之一。
对于采用三角翼设计的飞机,在突破声速前后,机翼压力中心向后移动的幅度较小,这意味着飞机在突破声速实现超声速飞行时的平衡性更好,这也是不少超声速飞机选择三角翼布局的一个重要原因。
此外,对于战斗机而言,三角翼的锐利角度能够更有效地减少雷达波的反射,从而增强其隐身能力。
(图源《知识就是力量》杂志)
在未来,随着科技的不断进步,相信三角翼飞机的性能将不断提升,为人们的空中之旅带来更多惊喜和便利。