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如何從外形上區分高速飛機和低速飛機?

集號吧丨發表時間:2020-11-30丨訪問量:234
[摘要]如何從外形上區分高速飛機和低速飛機?

當你仰望藍天,看到飛機從空中飛過,在感嘆飛機的快速高效飛行時,是否有這樣一個疑惑:飛機都飛的一樣快嗎?高速飛機和低速飛機,它們的外形有何不同?能直接通過外形區分它們嗎?今天就讓我們一起了解高速飛機和低速飛機在外形上的差異。

展弦比

展弦比即機翼翼展(機翼的長度,一般為左右翼尖之間的距離)和平均幾何弦之比。

展弦比的大小對飛機飛行性能有明顯的影響。展弦比增大時,機翼的誘導阻力會降低,從而可以提高飛機的機動性和增加亞聲速航程,缺點是波阻會增加,以致影響飛機的超聲速飛行性能,所以亞聲速飛機一般選用大展弦比機翼,如大航程、低機動性飛機--B-52轟炸機展弦比為6.5,U-2偵察機展弦比為10.6,全球鷹無人機展弦比為25.

而超聲速飛機展弦比較小,如小航程、高機動性飛機--J-8展弦比為2,Su-27展弦比為3.5,F-117展弦比為1.65.

此外,展弦比還影響機翼產生的升力,如果機翼面積相同,那么只要飛機沒有接近失速狀態,在相同條件下展弦比大的機翼產生的升力也大,因而能減小飛機的起飛和降落滑跑距離和提高機動性。

后掠角

飛機翅膀有幾種布局,二戰時候一般都是平直翼,即機翼是垂直于機身的,后來為了提高速度,減小阻力,發展出了后掠翼,就是翅膀以機體的垂直線為基準朝后旋轉,使機翼后部外緣和機體中軸線夾角小于90度,這個角度就叫后掠角。

簡單來講,后掠角是指從機翼平均氣動弦長連線自翼根到翼尖向后歪斜的角度,即機翼和機身之間的夾角。

大后掠角可以降低激波阻力,有利于超聲速飛行,因此超聲速飛機一般為大后掠角機翼或三角機翼,如SR-71偵察機就采用了大后掠角機翼,但大后掠角也帶來誘導阻力大、低速特性差的問題。

飛行

低速飛機常采用無后掠角或小后掠角的梯形直機翼,這樣的機翼結構簡單,制造容易,產生升力的效率較高,但阻力也較大。亞聲速飛機后掠角一般也比較小,如上文提到的U-2偵察機采用小后掠角機翼。

對于采用大后掠角機翼的超聲速飛機,高速和低速性能要求相互矛盾。可變后掠翼(或變后掠翼)是指在飛行過程中機翼后掠角可以隨飛機飛行高度、速度變化而改變的機翼。變后掠翼飛機大的優點在于飛行中可以通過改變機翼后掠角來改進飛機升力、阻力特性,使飛機飛行性能在高速、低速都能得到優化。

翼型

機翼一般都有對稱面。平行于機翼的對稱面截得的機翼截面,稱為翼剖面,通常也稱為翼型。

翼型的幾何形狀是機翼的基本幾何特性之一。翼型的氣動特性,直接影響到機翼及整個飛行器的氣動特性。

低、亞聲速飛機機翼翼型一般為圓頭尖尾型,即前端圓滑,后端成尖角形,前緣半徑較大,相對厚度也較大(0.1-0.12)。

超聲速飛機:機翼翼型頭部為小圓頭或尖頭,前緣半徑較小,相對厚度也較小(0.05左右)。

翼型前緣半徑小,則前緣處在小迎角時氣流就開始分離,隨著迎角增大氣流再附著。前緣半徑越小氣流越易分離,大升力系數小,但波阻也小。圓前緣翼型從后緣開始氣流分離失速,隨著迎角增加氣流分離前移,其失速迎角大,大升力系數大,但超聲速波阻也大。所以一般亞聲速飛機采用圓前緣翼型,超聲速飛機采用較尖的前緣翼型。

翼型相對厚度直接影響飛機的阻力(特別是波阻)、大升力系數、失速特性和結構重量。相對厚度變化對亞聲速影響不大,但對超聲速阻力影響很大,對于超聲速戰斗機相對厚度必須小,一般在0.04-0.06左右,如果太小會影響結構高度及機翼的可用容量。此外,大厚度位置在弦長40%~45%處,有利于減阻。

機翼和機身的相對長度

機翼主要功用是提供升力,與尾翼一起保證飛機具有良好的穩定性。

超聲速飛機機身的長度大于翼展的長度,機身比較細長,機身長細比(飛機機身的長和寬的比例)較大(>8),機身頭部較尖,駕駛艙與機身融合成一體,成流線型,如協和號客機。

對低、亞聲速飛機,它們的機翼展長一般大于機身的長度,機身長細比較小(5-7),機身頭部半徑比較大,前部機身比較短,有一個大而突出的駕駛艙,如波音747.

機身長細比較大的飛機,在發動機推力較小的情況下,由于機身長細比大有利于減小波阻,能獲得理想的高空高速飛行能力,較長的機身還大大增加了機身載油量,可以進行長時間的高速飛行,進一步提高了超聲速性能優勢。但是過長的機身會降低飛機的橫向穩定性與盤旋性能,對亞聲速機動性造成不利影響。


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