前掠翼飛機

前掠翼飛機的英文名稱為：forward-sweptwingairplane，前掠翼飛機是機翼前、後緣向前伸展（前掠）的飛機。它的梢弦在根弦的前面，左右翼俯視投影形成一個V字。前掠翼是和後掠翼同時提出的，兩者推遲激波產生的原理是完全相同的。

基本介紹

• 中文名：前掠翼飛機
• 外文名：forward-sweptwingairplane
• 特點：機翼前、後緣向前伸展（前掠）
• 出現時間：1944年
• 出現國家：德國
• 最早型號：德國容克斯287
• 著名型號：俄羅斯蘇-47金雕
• 優點：超音速航程大、抗螺旋性

研發歷史

前掠翼雖和後掠冀同時提出，卻很少被採用。20世紀70年代以後，出現了利用複合材料結構的彎扭變形耦合效應即通過布置不同纖維方向鋪層克服上述現象，同時由於變彎度技術、放寬靜穩定度技術和電傳操縱控制技術等的發展，前掠翼飛機於是又受到航空界的重視。1984年12月14日美國X-29A前掠冀驗證機首次升空。

特點

機翼前、後緣向前伸展（前掠）的飛機。前掠翼與後掠翼正好相反，梢弦在根弦的前面，左右翼俯視投影形成一個V字。前掠翼是和後掠翼同時提出的，兩者推遲激波產生的原理是完全相同的。1944年德國製造了第一架前掠翼飛機容克斯287，機翼前掠角為15°。但前掠翼產生彎曲變形時會使外翼迎角增大，從而使外翼升力增大，造成機翼彎曲變形加劇，在一定（臨界）速度下，這種現象會形成惡性循環，直到使機翼折斷。為了提高臨界速度，需要付出增加結構重量等代價。所以，前掠翼雖和後掠翼同時提出，卻很少被採用。70年代以後，出現了利用複合材料結構的彎扭變形耦合效應（即通過布置不同纖維方向鋪層）克服上述現象，同時由於變彎度技術、放寬靜穩定度技術和電傳操縱控制技術等的發展，前掠翼飛機遂又受到航空界的重視。

前掠翼飛機

前掠翼的特點：

(1)結構受力形式與後掠翼相同；

(2)前梁根部和靠近前梁的根部壁板時承受的載荷較大；

(3)機身內部布置容易；

(4)符合面積律要求；

(5)升阻比高。

原理

飛行中，當垂直於機翼前緣的氣流速度接近音速時，機翼上表面局部氣流速度將超過音速，出現激波，使飛行阻力急劇增加。前掠翼技術可使飛機在亞音速飛行時具有非常好的氣動性能，從而大大提高其在仰角狀態下的機動性。若前掠翼布局與推力矢量控制系統綜合使用，還可使其在空戰中更具優勢，其近距空戰機動能力將成倍地提高。

優點

結構優勢

前掠翼結構可以保障機翼與機身之間更好地連線，並且合理地分配機翼和前起落翼所承受的壓力。這些優勢用其它方法很難達到或者不可能達到，它大大提高了飛機在機動時、尤其是在低速機動時的氣動性能。此外，前掠翼的結構設計，還可使飛機的內容積增大，為設定內部武器艙創造了條件，同時也大大提高了飛機的隱身性能。

前掠翼飛機

機動優勢

前掠翼技術可使飛機在亞音速飛行時具有非常好的氣動性能，從而大大提高其在仰角狀態下的機動性。若前掠翼布局與推力矢量控制系統綜合使用，還可使其在空戰中更具優勢，其近距空戰機動能力將成倍地提高。

起降優勢

與相同翼面積的後掠翼飛機相比，前掠翼飛機的升力更大，載重量增加30%，因而可縮小飛機機翼，降低飛機的迎面阻力和飛機結構重量；減少飛機配平阻力，加大飛機的亞音速航程；改善飛機低速操縱性能，縮短起飛著陸滑跑距離。據美國專家計算，F－16戰鬥機若使用前掠翼結構，可提高轉變角速度14%，提高作戰半徑34%，並將起飛著陸距離縮短35%。

可控優勢

使用前掠翼結構可以提高飛機低速度飛行時的可控性，並能在所有飛行狀態下提高空氣動力效能，降低失速速度，保證飛機不易進入螺旋，從而使飛機的安全可靠性大大提高。

缺點

前掠翼的嚴重問題是在結構方面，沿結構曲線方向的彎曲變形會使外翼沿氣流方向增大迎角，增加外翼部分升力，進一步增加機翼的彎曲變形。在足夠大的速度下，這種現象會形成惡性循環，直到使機翼彎曲折斷。這個現象稱彎扭發散。開始彎扭發散的速度稱彎扭發散（臨界）速度。為了提高前掠翼的彎扭發散速度，需增加機翼抗彎剛度，這就會導致機翼結構重量的增加，以致完全抵消採用前掠翼帶來的好處。這是前掠翼飛機很少被採用的主要原因。70年代以後，有人提出用複合材料結構的彎扭變形耦合效應克服前掠翼發散的缺點，也就是通過布置不同纖維方向的鋪層,使機翼的彎曲變形引起附加的負扭轉變形,從而抵消由升力引起的前掠翼正扭轉。這樣可以得到不發散而重量輕的前掠機翼，前掠翼飛機遂又引起人們的注意。

由於前掠翼翼尖是產生升力的有效區域，前掠翼將會產生很大的扭轉力矩，將機翼截面扭轉到更大的迎角，從而進一步加大升力和扭轉力矩。升力和扭轉力矩是同飛行速度的平方成正比的，因此飛行速度越大問題越嚴重。這種現象就是眾所周知的氣動彈性發散問題。當扭轉力矩超過結構載荷的極限時，機翼就會失效。傳統的銷結構不能承受前掠翼如此大的氣動彈性變形。X-29的不同之處在於使用複合材料解決了機翼的氣動彈性問題。X-29機翼被設計成向相反的方向扭轉，比如在受到扭轉載荷後前緣向下，因此減小了迎角，這將有效地阻止氣動彈性發散。這種航空材料的進步為人們對前掠翼技術熱情的復甦鋪平了道路。

型號舉例

Ju187

Ju287是世界上的一種前掠翼噴氣式轟炸機。1943年，Junkers公司的由Hans.Wocke領導的設計小組受命研製一種能夠超越盟軍任何戰鬥機的重型轟炸機。首次提出的方案是渦輪噴氣發動機和後掠翼方案。這種方案在高速飛行中優點明顯，低速時則有不易操縱的缺點。因此，設計小組提出：將後掠翼方案改為前掠翼方案，兼顧高速和低速飛行的需要。 前掠翼雖然高低速性能均優秀，但是存在氣動發散問題：即當速度和仰角達到一定值時，很難保證飛機的靜穩定性。仰角越大，機翼的彎曲變形越大，直至結構被破壞。前掠翼對飛機機翼的結構和彈性變形有特殊要求。為此，在設計Ju287時對機翼結構進行了一些改進。

前掠翼飛機Ju287

為了加快研製進度，第一架原型機Ju287V1機身採用He177A的現成部件：機尾沿用Ju388;主起落架沿用Ju352；前起落架甚至取自被擊落的美軍B-24轟炸機。只有前掠翼是重新設計的。裝用4台Jumo004m型渦輪噴氣發動機，兩檯布置於前機身兩側，另兩台吊裝翼下。

1944年8月16日，Ju287V1首次試飛，結果十分令人滿意。可是在接下來的試飛中，當速度達到650KM/h時，氣動發散問題開始出現，幸而只是感覺舵效減小，飛機不自主地趨於俯衝。

經過將前機身側的發動機改為翼下懸掛，問題得到抑制，並增加增壓座艙，這就是第二種原型機Ju287V2,使用4台Heinkel-Hirth011A噴氣發動機，每側翼下掛兩台。由於該發動機生產廠被盟軍炸毀，不得已改為使用6台BMW003A-1發動機。如每側翼下懸掛3台，稱為Ju287V2;如每側翼下懸掛2台，前機身側保留1台，和V1型一樣，稱為Ju287V3型，即預生產型Ju287A-0.

世界上第一種前掠翼飛機——容克287型

1945年，生產線上未裝配好的V2型和Hans.Wocke及設計小組被蘇軍俘虜，帶回蘇聯對Ju287計畫繼續研究。1947年Ju287在蘇聯試飛，稱為пп-2，達到了1150KM/h(M0.95)的速度。當時的技術水平，前掠翼的技術問題無法徹底解決，所以並未進一步發展。

X-29驗證機

格魯曼的X-29飛機雖然看起來就像一個奇怪的幽靈，但是該機是一架帶有一定用途的飛機。德國戰爭時代的容克Ju 287轟炸機證明了．前掠翼(FSW)能夠改善飛機的高速性能。但是前掠翼技術一直被擱置，直到與該概念有關的結構問題能通過先進的複合材料來進行解決，通過使用X-29飛機來試飛這種機翼構型，給人們帶來了大量的航空新知識。

X-29A 機長 16.44 米，機高 4.36 米，翼展 8.29 米，採用全動式鴨翼、前掠機翼、後機身邊條布局，機翼內半翼後掠，外半翼前掠，兩半翼交匯處的不利氣流由鴨翼產生的脫體渦捲走，使機翼有較好的升力特性。X-29A 的機翼採用鋁合金和鈦金屬結構，石墨環氧樹脂複合材料的蒙皮。X-29A 的飛行控制系統可以極大的減小由前掠翼設計帶來的飛行不穩定性，其控制計算機可以40次/秒的頻率對各個飛行控制面進行調整。另外，三台數字控制計算機還具有備份功能，即一台計算機出現問題後其餘兩台可以及時接替其工作。X-29A 安裝有一台通用電氣的 F404-GE-400 渦扇噴氣發動機，其最大推力為 7,260 千克。