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科普干货之飞机机翼究竟有多少种翼型(1)

中国历史1个月前 (08-24)160

从莱特兄弟发明飞机到现在，除了航空动力外，几乎每一次航空技术的重大突破都离不开在机翼上作文章,首先是最简单的是平直翼。机翼前后缘和机身垂直，机翼从里到外一样宽。这样的机翼结构简单，制造容易，产生升力的效率较高，但阻力也较大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。

上图为最简单的机翼上平直翼

为了均衡升力的分布，并改善机翼的受力设计和降低重量，平直翼可以带一点锥度，从里到外逐渐变窄，改善升力分布，是更多的升力产生在靠近翼根的部位，缩短力臂，降低翼根应力。低速、简单的小飞机可以用简单平直翼以降 *** 造成本，但稍微有点追求的平直翼飞机大多带一定的锥度。

美国的C-130 这样带一点锥度的机翼也算平直翼。

带锥度的平直翼可以前缘略带后掠，也可以后缘略带前掠，两者在气动上有一点差别，但不改变都是平直翼的本质。当速度大幅度提高后，平直翼阻力大的缺点就比较明显，尤其在速度接近声速的时候。

锥度可以使前缘略带后掠，像 DC-3

也可以使后缘略带前掠，像 C-130

由于飞机前行的时候，飞机对前方空气产生压力，就好像船行时船首在前方推开波浪一样。压力波以声速一层一层地向外传递，声速是空气性质的分界线。亚声速飞行时，前方空气在压力波推动下有序地向两侧让开飞机。然而，但飞机速度达到声速时，压力波不再可能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反，压力波挤到一起，密度剧增，像坚硬的石墙一样。跨声速飞行的飞机顶着一大片看不见的石墙飞行，难怪阻力激增，这就是声障的由来。

这看不见的石墙也称激波

随着速度的增加，激波的锋面变成圆锥形，锥的后倾角度随速度增加而增加，锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼像燕子的翅膀一样后掠，“躲”到机头引起的激波锋面的背后，就可以避免机翼本身引起的激波阻力。

不平整表面引起额外的斜激波

而德国人阿道夫布斯曼在 30 年代就提出了后掠翼，只是没有引起当时人们的重视而已

当然也有传说元首点的黑科技

可事实上，后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没有达到超声速时已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以形成上下表面气流的速度差、进而导致压力差而产生升力的。在高亚声速时，机翼上表面气流速度可以超过声速。采用后掠翼的话，迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量（法向分量）和平行于机翼前缘的分量（展向分量），法向分量产生升力，展向分量不产生升力。后掠角等于零时，法向分量和迎面气流相等；后掠角越大，法向分量越小。也就是说，通过使用合适的后掠角，高亚声速飞机的机翼上表面气流在法向可以降低到声速以下，避免激波阻力

斜激波的角度大于平面转角，这是两者的关系图

机翼后掠使速度分量在翼展和法向上分解，法向分量小于原来的速度，得以推迟激波的产生

后掠翼大量使用在跨声速（0.8-1.2 倍声速范围内）和高亚声速飞机上，像歼-6 战斗机、各种波音和空客客机

米格-15 和 F-86 是之一代采用后掠翼的战斗机，两者都是高亚声速战斗机

英国“闪电”、美国 F-100、苏联米格-19 是之一代后掠翼的超声速战斗机

在同样翼展下，三角翼的翼面积更大，升力更大；翼根更长，结构上需要的加强越少，同样翼面积时重量更轻。另一方面，机翼的阻力特征由相对厚度决定，也就是机翼的实际厚度 *** 长（机翼前后缘之间的距离）之比。实际机翼的厚度 *** 长随不同翼展位置而变化，所以一般取 1/4 翼展处的厚度 *** 长之比。三角翼的翼弦较长，在相对厚度不变的情况下，实际厚度较厚，既简化结构设计和制造，有利于减重；又增加翼内容积，有利于增加机内燃油容量。

美国的F- 106

50 年代后，超声速飞机采用大后掠翼的越来越少了，大多采用三角翼。歼-8II、歼-10 都是三角翼，欧洲的“台风”、“阵风”、“鹰狮”也是三角翼。

歼-8IIM

J-10A

台风

阵风

还有..三哥大印度斯坦的光辉..

接下来是梯形翼由于但是三角翼没有一统天下。超声速飞行时，机翼只要“躲”在激波锥的锋面之后，就可以避免产生激波阻力。也就是说，翼展较短的机翼也同样可以达到降阻的作用。为了尽量增加翼面积以保证提供足够的升力，机翼的弦长可以增加，甚至把平直的后缘前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角减阻，但大后掠角带来较大的展向分量，造成升力损失，尤其在低速的时候，大后掠角使很大一部分迎面气流都“溜肩”损失掉了，造成低速时升力不足的问题，所以大后掠翼飞机的起飞、着陆速度一般比较高，机动性不够好。