好,在寫關于前翼之前,先寫一些通俗一點的關于渦和飛機氣動布局的的基本知識吧。
許多朋友并不理解渦產生的原理,我這里用比較通俗的語言說說吧,不一定準確就是了。
機翼在產生升力的時候,下表面的空氣就有向上表面運動的趨勢。在機翼的中間部分,氣流受到翼面的阻擋而無法直接向上運動,這里空氣的壓力差便產生了升力;而在機翼邊緣的空氣則不受翼面的阻擋,形成向上運動的渦,綜合飛機的前進便形成了渦流。一般來說,低能量的渦流是不穩(wěn)定、難以控制的,而且還會產生可觀的阻力,這也就是為什么一些飛機會裝所謂的翼梢小翼,或利用翼梢的渦流帶動發(fā)
電機來減少翼梢渦流帶來的能量損失。不過,后來的研究發(fā)現渦也可以產生升力,利用好脫體渦也成為研究的一個方向。2002年在珠海亮相的側板技術也是對渦的控制的技術。
自己先說這么多。下面引用一些文章.
首先引用山東教育出版社出版、顧誦芬主編的《航空航天科學技術(航空卷)》,第260到262頁:
(3)渦空氣動力學的興起——細長三角翼飛機問世
人們對提高速度的要求是無止境的,隨著飛行速度的進一步提高及高速飛機起降和機動時要求高升力、大迎角,原來的飛機已滿足不了要求,因為不管是直機翼飛機還是后掠翼飛機,在飛行中氣流完全附著于機翼表面流過(這種流動形態(tài)叫附著流型),而在較高的超音速和大迎角下,氣流在機翼上會分離并伴隨著升力下降,而且無論怎樣改進機翼形狀都無濟于事。為了解決這一問題,在50年代中期,E.馬斯克爾和D.屈西曼大膽提出了利用前緣分離,在翼面上卷起一個集中渦,即脫體渦產生升力的設想(這種流動形態(tài)叫脫體渦流型)。只要對集中渦利用得當,就能產生較高升力,也可擴大可用迎角范圍。利用渦升力的典型機翼是細長三角翼。英國與法國合作研制的“協和”號超音速客機和瑞典的超音速戰(zhàn)斗機SAAB-37“雷”的成功,標志著脫體渦流型已進入飛機設計領域。這是空氣動力學觀念突破帶來的碩果。
(4)渦空氣動力學的發(fā)展
采用脫體渦流型布局的飛機也存在著不可克服的缺點,即喪失了前緣吸力而使阻力增大,同時在較大迎角下脫體渦會破裂而喪失升力。為了克服這些缺點,人們開始仔細觀察和研究鳥類及昆蟲的飛行,發(fā)現鷹能高速俯沖后急躍升,其機動過載高得驚人;美洲黃蜂能以極小的翅膀支持其笨重的軀體,并可懸停在花蕊上吸蜜,這其中的奧秘是什么呢?觀察發(fā)現,鷹在格斗時翼梢上的羽毛一根根向不同方向張升,蜜蜂懸停在花上時,一對小翅膀一直不停地扇動著。分析推測它們都充分利用了非定常(與運動有關)效應,都具有極高升力潛力的非定常脫體渦流動形態(tài),即非定常脫體渦流型。自然界能飛行的動物幾乎都具有在極大迎角下利用和控制非定常脫體渦流升力的能力。這種流型已開始在高機動性飛機上應用,最典型的例子是蘇-27飛機能做迎角到110度的眼鏡蛇機動,這就是利用了非定常升力的結果。預計未來的飛機將具有極高的升力和極小的阻力及高度機動靈活的飛行能力。這是空氣動力學的最高奮斗目標,也是人們夢寐以求的飛行理想。
可以看出,空氣動力學的發(fā)展也就是流型的發(fā)展。但是任何一種新流型的誕生并不意味著原有流型的結束,因為任何一種流型并非十全十美,有優(yōu)點也有缺點。空氣動力學科技工作者的任務不僅要發(fā)展流型,而且還要綜合研究流型。例如,他們根據附著流型和脫體渦流型的優(yōu)點,建立了混合流型的概念,并應用于飛機氣動設計上,出現了邊條翼布局,發(fā)展了性能優(yōu)良的F-16、F-18、蘇-27、米格-29戰(zhàn)斗機。
……
再引用北航版《飛機總體設計》,第52到58頁:
飛機氣動布局形式
飛機的氣動布局通常是指其不同的氣動力承力面的安排形式。全機氣動特性取決于各承力面之間的相互位置以及相對尺寸和形狀。機翼是主承力面,它是產生升力的主要部件,前翼、平尾、立尾等是輔助承力面,主要用于保證飛機的安定性和操縱性。
根據各輔助翼面與機翼相對位置幾輔助面的多少,有以下幾種氣動布局形式:
·正常式布局,水平尾翼在機翼之后;
·鴨式布局,水平前翼在機翼的前面;
·無尾或“飛翼”,飛機只有一對機翼;
·三翼面布局,機翼前面有水平前翼,機翼后面有水平尾翼。
其共同特點是對不同的升力值都能進行配平,在給定某一升力值時都能保持安定的運動。
正常式布局
多數戰(zhàn)斗機都采用正常式布局。現代戰(zhàn)斗機更強調中、低空機動性,要求飛機具有良好的大迎角特性。在20世紀70年代發(fā)展了邊條機翼,在中到大迎角范圍產生的脫體渦除本身具有高的渦升力增量外,還控制和改善了基本翼的外翼分離流動,從而提高了基本翼對升力的貢獻。邊條翼在大迎角時使升力增加,誘導阻力減小,跨音速時延緩波阻的增加,減小超聲速的波阻(相對厚度減小),但易使俯仰力矩發(fā)生上仰。隨著主動控制技術的發(fā)展,采用放寬靜安定度設計很容易解決縱向力矩局部不安定問題。由于邊條翼所具有的優(yōu)點,許多第三代戰(zhàn)斗機,如F-16、F/A-18、米格-29、蘇-27皆采用正常式邊條翼布局,其機動性能尤為突出。美國第四代戰(zhàn)斗機F-22A也采用了正常式布局。
鴨式布局
隨著主動控制技術的發(fā)展,電傳操縱技術的成熟,把前翼設計得比較大(相對面積8%~15%)并靠近機翼構成所謂近耦合鴨式布局已成為現實。在中、大迎角時,前翼與機翼前緣同時產生脫體渦,兩者互相干擾,使渦系更穩(wěn)定而產生很高的渦升力。它與邊條翼不同之處在于其主翼(基本翼后掠角也大)也產生脫體渦,兩個脫體渦產生強有利干擾,屬于脫體渦流型;而邊條翼僅邊條產生脫體渦,基本翼仍是分離流,屬于混合流型。由于其大迎角特性優(yōu)越,也是一種具有高機動性能的氣動布局形式,典型代表機種為瑞典的JAS-39、法國的“陣風”、歐洲四國的EF-2000。
鴨式布局的難點是鴨翼位置的選擇以及大迎角俯仰力矩上仰的問題。因鴨翼面積大、產生的大升力在重心之前,俯仰力矩在大迎角時上仰嚴重,由于無平尾,如何保證在大迎角具有足夠的低頭操縱力矩成為難題,有時在后機身加邊條(如X-29)或限制放寬靜安定余度;當推力矢量技術成熟后,該問題容易解決了。俄羅斯的第五代戰(zhàn)斗機米格I·42即是鴨式布局。
無尾飛機
由于無尾飛機沒有前翼和平尾,其飛機的縱向操縱和配平僅靠機翼后緣的升降舵來實現,其一尾臂較短,效率不高;其二在飛機起降時,增加升力需下偏較大角度,由此帶來低頭力矩,為配平又需上偏,造成操縱困難和配平阻力增加,因而限制了飛機的氣動性能,現在飛機比較少用,僅有法國的幻影III及SR-71為無尾飛機,其優(yōu)點是超聲速阻力小。有了電傳操縱系統后,可放寬靜安定度,縱向操縱及配平問題得以解決,但大迎角其動性能不好,因此,一般第三代高機動戰(zhàn)斗機都不采用,僅幻影2000和隱身轟炸機B-2采用了飛翼形式,現在進一步發(fā)展無立尾的飛機如美國的試驗機X-36。
三翼面布局
三翼面布局是在正常式布局的基礎上增加一個水平前翼而構成(即前翼+機翼+平尾),因此,它綜合了正常式和鴨式布局的優(yōu)點,經過仔細設計,有可能得到更好的氣動特性,特別是操縱和配平特性。F-15加前翼構成三翼面布局(AFTI-15布局),其機動性改善是明顯的;俄羅斯把蘇-27加小前翼改為艦載型,又把蘇-27加大前翼改成蘇-35,其機動性得到更大提高,主要得益于升力的增加。
在正常式布局的機翼前面加一個前翼,使氣動載荷分配更合理,從而可以減輕機翼上的載荷,減少結構重量。此外,增加一個前翼操縱自由度,它與機翼的前、后緣襟翼及水平尾翼結合載一起可進行直接控制及保證大迎角有足夠的低頭恢復力矩,改善大迎角特性,提高最大升力;其缺點是因加前翼而使零升阻力和重量稍增加。
綜上所述,各種布局形式特點不同,選擇氣動布局形式是一個綜合、折衷的過程。對于現代高性能戰(zhàn)斗機的設計,除要在亞、超聲速及大、小迎角全包線范圍內都具有滿意的氣動特性外,還要考慮隱身性能對外形的要求;而隱身與氣動力對外形的要求有些是矛盾的,因此如何綜合、優(yōu)化氣動力與隱身性能就更是總體布置和設計的一個主要任務。
哇……手累死了,本來還想引《航空知識》的一些相關內容的,下次吧