後掠翼飛機

後掠翼飛機是機翼前、後緣向後伸展（後掠）的飛機。早期的後掠翼飛機大多是軍用飛機。後來，為了滿足不同高度、速度飛行和起飛著陸對機翼後掠角的不同要求，又生產出變後掠翼飛機。

後掠翼飛機出現於20世紀40-50年代。如美國的F-100超音速戰鬥機、B-52戰略轟炸機；前蘇聯的“米格”-19戰鬥機、圖-16遠程轟炸機等軍用飛機均屬後掠翼飛機。

基本介紹

• 中文名：後掠翼飛機
• 外文名：swept-back wing airplane
• 類別：飛機
• 早期作用：軍用

特點

機翼前、後緣向後伸展（後掠）的飛機。後掠角的大小表示機翼後掠的程度。通常所指後掠翼飛機的機翼後掠角（x）多在25°以上，後掠角較小的機翼仍稱平直機翼。當飛機飛行速度接近聲速時，機翼上表面局部氣流速度將超過聲速，這將出現激波，引起激波後面的氣流分離，使飛機阻力急劇增加。對於後掠機翼，垂直機翼前緣的氣流速度分量（vcosx）低于飛行速度v，從而可以在v已達到或超過聲速時，vcosx還未達到聲速。後掠翼還能減弱激波強度，降低波阻。現代高亞聲速旅客機大多是後掠翼飛機。

後掠翼飛機

後掠角超過25度的機翼才能稱為後掠翼，不超過25度的仍為平直翼。第一代後掠翼飛機米格-15和F-86的後掠角均為35度。後掠翼之所以有利於飛機實現高速飛行，是因為它具有延緩翼面局部音速氣流的產生，減小飛行阻力的作用。

拿完全平直翼和後掠翼來進行比較，當氣流以速度v流過平直機翼時，速度可與機翼前緣成90度，相對機翼前緣的垂直氣流速度即為來流速度口，沒有折扣；當氣流以同樣的速度v吹到後掠翼時，由f：機翼前緣有後掠角，按照速度的分解原則，可將來流速度分為垂直j二前緣和平行於前緣的兩個分量，它們都小於來流速度u。若以速度u飛行的平直翼飛機翼面上正好產生了局部超音速氣流和激波阻力，那么，對於後掠翼飛機，因為垂直於前緣的速度比來流速度勘小，就不會產生局部超音速氣流和激波阻力。這就是為什麼後掠翼具有延緩局部超音速氣流出現和激波阻力產生的原因。至於來流速度u的另一個分量(與機翼前緣平行的速度分量)，由於它與機翼前緣相平行，而沿翼展方向的機翼截面沒有變化或變化不大．因此既不產生升力，也不會引起激波阻力的產生，米格-15和F-86噴氣式飛機，因為採用了後掠機翼，使它們的飛行速度均達到了1050千米/小時左右。

後掠翼的翼根弦長，翼尖弦短。從總體上看，其平面形狀仍屬於梯形翼的變形，但由於機翼後掠引起機翼根部結構的複雜化，機翼內除了有一般機翼都有的展向翼梁外，還要在翼根增設橫向和縱向梁，以組成強有力的承力和傳力系統。後掠翼的另一個缺點是沿展向流動的氣流分量(與前緣平行的來流速度分量)會造成翼尖氣流分離，致使翼尖升力下降，造成外側操縱面的效率變壞，甚至產生反向操縱。為了防止和減輕這種現象，一般以後掠翼上安裝翼刀或在機翼前緣採用“鋸齒”和“缺口”設計。

原理

飛行阻力急劇增加。後掠翼飛機由於與機翼前緣垂直的氣流速度分量低于飛行速度，與平直機翼飛機相比，只有在更高的飛行速度下才會出現激波，從而推遲了激波的產生。即使產生激波，也能減弱激波強度，減小飛行阻力。但這種機翼的扭轉剛度差，會使副翼的操縱效率降低。其次，由於有指向翼尖的展向流動，大迎角飛行時氣流首先從靠近翼尖部分分離，使飛機自動上仰和滾轉，嚴重影響飛行安全。

結構和受力特點

飛行速度到達高亞聲速和跨聲速階段，翼表面產生激波。為了延遲激波的發生或減弱激波強度以減小波阻，出現了後掠翼。後掠翼可以看成由平直翼向後偏轉一個角度所形成。後掠翼的受力特點和直接與機身(彈身)連線的根部結構有關，在根部區域以外，其構造和受力實際上與平直翼沒有太大區別。

與平直翼相比，後掠翼在結構上出現了一些新問題。

①直觀地看。在翼面積、展弦比、梯形比、順氣流剖面的弦長等參數均保持相同的情況下，後掠翼結構的實際長度比平直翼長，而垂直於其構造軸線的剖面的弦長減小。此外．高速飛行器為了減小波阻，往往採取薄翼型，所以後掠翼比相應的平直翼將更細更長更薄，致使它的彎曲剛度、扭轉剛度都比平直翼差。後掠角越大，這一問題越突出。為了達到同樣的剛度要求，翼面結構質量一·般將增大。

②後掠翼根部由於縱向元件長度不同，剛度不同。因而前緣縱向元件受力減小，後緣縱向元件受力增大。這種載荷向後緣集中的現象叫做“後掠效應”。

優缺點

優點

作戰飛機採用後掠翼、可變後掠翼等新型機翼，提高了飛機的飛行速度，縮短了起降距離。飛機是靠機翼所產生的升力而飛上天的，所以機翼的形狀和大小直接關係到它的飛行速度及起降距離。早期的飛機多為十字架型，有單翼機，也有雙翼機，到二次大戰時多為單翼機。戰後以來，開始研製後掠機翼，1948年，美國在F-86戰鬥機上採用了後掠翼，前蘇聯也於不久研製出類似的“米格”-15戰鬥機。在後掠翼的基礎上，又研製了梯形和三角形機翼，如美國的SR-71偵察機就是採用的三角形機翼，其飛行馬赫數為3.5，飛行高度可達27000米。採用後掠翼雖能提高飛行速度，但產生的升力較小，在起飛和著陸時需要有較長的距離，一般戰鬥機起飛滑跑要1000米以上，重型轟炸機則要2000米以上，這種大型機場跑道則長達3～5公里，在戰時跑道被破壞的情況下就很難起飛。為此，又研製了可變後掠翼，在起飛、著陸和巡航時，機翼在平直位置；要飛大速度時，機翼便可後斜。許多作戰飛機都採用變後掠翼，就是重達100噸以上的戰略轟炸機也採用變後掠翼。在短距起飛技術方面，已達500米左右，今後則繼續向短距（200米左右）起飛、垂直降落方向發展。

美國的F-111戰鬥轟炸機

後掠翼還能減弱激波強度，降低波阻。現代高亞聲速旅客機大多是後掠翼飛機。

缺點

後掠翼雖然空阻小，但存在機翼前緣升力不足的缺點，而且後掠角越大，升力係數越低，使得飛機在起飛，著陸，空速限制等指標上都不理想。

後掠翼除去前緣升力小的缺點外，還有一個致命的缺陷，叫做"翼尖發散"或"翼尖失速"，就是說飛機機翼的表面受空氣粘性影響形成的一薄層氣流(術語稱：附面層)會從翼根向翼尖流動,在大迎角機動時，翼尖的附面層會因流動過於激烈而與機翼分離，使得飛機失去大部分升力。

發展歷史

談到超音速飛行，我們一般都會想到噴氣發動機的發明者弗朗克·惠特爾爵士和德國發明家奧海因，這無疑是對的，因為超音速飛行的兩大關鍵技術之一就是噴氣式發動機的產生。而對於另一項技術，有些人可能就不是十分了解了，這就是後掠翼技術的出現。有關噴氣發動機的記述已經很多了，所以在這裡我想把後掠翼技術的產生及影響向大家做一個簡要的介紹。

自從飛行器誕生以來，人類變進入了一個更為廣闊的活動領域，交流變得更加順暢了。尤其是在第一次世界大戰中，飛機的作用使人們眼界大開。所以在一戰結束後的一段時間裡，飛機的設計水平突飛猛進，湧現出了很多優秀的飛行員和非常具有天賦的設計師，針對飛機的各項研究也受到極大的重視。在這些人當中，有一位叫布茲曼的德國人，那時他還在德國的哥根廷大學，在德國著名的力學家、德國近代航空流體力學的奠基人普朗特教授指導下從事研究工作。也正是在普朗特教授身邊的這段日子裡，為布茲曼後來在超音速空氣動力學領域的權威地位奠定了堅實的基礎，當然，這是後話了。真正使布茲曼一鳴驚人的是一次在義大利舉辦的學術會議，這是一個由羅馬的皇家科學院和沃爾它基金會舉辦的以“高速航空”為主題的學術會議，接到邀請一般都是國際航空界的知名人士，在被邀請的德國人當中，就有普朗特教授和布茲曼，當然，這主要還是由於普朗特教授的緣故，因為當時的布茲曼在國際航空領域還沒有什麼知名度可言，這次會議無疑為他提供了一次難得的機遇，而事實上，他也確實抓住了這個機遇。由於他還不為國際航空界所知曉，這無形中也給他帶來了壓力，因為選擇什麼樣的課題及對該課題的研究水平才可以滿足那些參加會議的大師級人物的要求，布茲曼心裡一點底也沒有。後來經過聯繫，他決定和一位瑞士學者合作，研究一個在當時很有挑戰性的課題-----------超音速飛行時的升力。之所以選擇這個題目，除了要保證研究成果的先進性之外，還有另外的考慮，因為在當時的德國，法西斯正在為戰爭做各種準備，很多與軍事有關的科研項目都被列入了機密，與該機密有關的人員均被禁止出國。而超音速飛行在當時還被看成是不可想像的事情，自然也就沒有軍事價值了，所以可以很容易避開當局的糾纏。課題選定之後，布茲曼仍然擔心自己的研究結果不能滿足那些大使們的需要，因為自己畢竟太年輕了。所以他夜以繼日地工作、研究，正是在這樣的背景之下，他提出了後掠翼的構想。我們都知道，直翼飛機在接近音速的時候，由於流經上翼面的氣流速度比飛機飛行的速度要快，因此已經超過了音速，這時氣流本身就會發生重大變化，對飛機產生阻力，也就是波阻，對飛機進一步提高飛行速度來說，這是一個難以逾越的障礙。而後掠翼則巧妙地把本來垂直於飛機飛行方向的氣流進行了分解，因為機翼是傾斜的，這樣作用於機翼垂直方向的氣流速度肯定要比直翼飛機要小，從而可以推遲波阻的產生，為進一步提高飛機的飛行速度創造了條件。這一結果使他興奮不已，為了證實這個結論在正確性，布茲曼又進行了大量的實驗，結果令人滿意。

沃爾它會議如期舉行了，當布茲曼宣讀了自己的研究論文後，全場譁然，與會的專家和權威們無一不被他的論文所折服，布茲曼從此躋身於世界著名空氣動力學家的行列。在後來，世界著名空氣動力學家、美國航空事業的創始人之一的卡門在一篇文章中寫到這次會議是時說“在這次會議上，最精彩的論文出自一位年輕的德國人之手，他就是布茲曼博士”。由於當時還沒有合適的發動機，因此這項研究在其他國家並沒有繼續開展下去，僅有德國開展了這項研究工作。因為德國人認識到了這項研究的軍事用途，軍方將這項課題也列入了其秘密研究計畫當中，從此，布茲曼在航空界的公開場合消失了，德國軍方專門為他提供了一個既便於保密，環境又非常舒適的地方-----不倫瑞克森林。整個二戰期間，盟軍一直也沒注意到這個機構的存在，因此，布茲曼才可以進行潛心的研究，得出了大量的關於後掠翼研究的風洞數據。實驗證明，後掠翼不僅可以推遲波阻的到來，它還可以提高飛行器在高速飛行時的穩定性。德國的梅塞施米特公司立即將這項成果套用到戰鬥機上面，ME-262就是這項技術具體套用的第一個結果，這種飛機剛一出現，立即引起了盟軍的極大關注，因為它的飛行速度在當時來看，簡直就是不可思議的事情，只是由於飛行員對該機的性能還不熟悉，ME-262在案戰場上才未產生重大的影響。二戰結束以後，美國人首先來到了不倫瑞克研究所，其中就有卡門博士，在看到這個研究所的研究成果後，他感到非常震驚，並且意識到布茲曼這個科學家的重大價值，因此後來布茲曼被美國當時的蘭利研究中心工作。美國人對他感興趣，當時的蘇聯人也同樣感興趣，他們也在德國蒐集了大量的研究數據。結果，在朝鮮戰場上，出現了兩種不同國家生產的後掠翼飛機之間的戰鬥。

今天，當我們乘坐著舒適的噴氣客機旅行的時候，是否想到過那些航空界前輩們呢？我們不應該忘記他們。他們孜孜不倦的追求、科學嚴謹的工作作風永遠是我們取之不盡的寶貴財富。

型號舉例

“美洲獅”海軍戰鬥機

格魯曼公司生產的F9F“美洲獅”海軍戰鬥機從F9F“黑豹”戰鬥機系列發展演變而來，其原型機F9F-6號飛機於1951年9月20日首飛。F9F“美洲獅”海軍戰鬥機與前輩戰鬥機的主要區別在於擁有後掠翼和一副後掠水平尾翼，因此成為第一款進人部隊服役的後掠翼艦載機。此外，為了便於快速生產，該機型還進行了較小幅度的改進。事實上， “美洲獅”在距離其原型機首次試飛僅僅14個月後就開始進入美軍部隊服役，其中，最早一批安裝了普拉特·惠特尼公司J48型發動機的F9F-6型戰鬥機(後來更名為F-9F型)在1951年9月編人大西洋艦隊第32戰鬥機中隊。此後不久，太平洋艦隊也開始接收該型。

米格-15

米格-15戰鬥機，是蘇聯第二次世界大戰後設計的一種高亞音速單座噴氣式戰鬥機，也是蘇聯第一代實用型噴氣式戰鬥機。該機由米高揚·格列維奇飛機設計局設計，北約綽號“柴捆”(Fagot)。

該機於1946年開始設計，1947年6月首飛，1948年3月投人批量生產，年底開始交付蘇聯空軍，1954年停產，共生產16500架，是蘇聯製造數量最多的噴氣式飛機。