早期的飛機一般都採用平直翼，但隨著飛行速度的提高，飛機會在高速俯衝時因解體而墜毀。後來，科學家們發現飛行速度接近音速時，飛機會遇到極大的激波阻力。這時，飛機要么速度難以再提高，要么承受不住巨大的衝擊力而粉身碎骨。為了克服和減小激波阻力，人們一改平直的機翼形狀，提出了後掠翼設計方案。
後掠翼就是前緣和後緣均向後掠的機翼，表征機翼後掠程度的指標是後掠角，即機翼前緣與水平線的夾角。後掠翼的氣動特點是可增大機翼的臨界馬赫數，推遲激波的到來，並減小超音速飛行時的阻力。後掠翼的出現是機翼形狀的一次重大變革，對飛機發展產生了極大影響。
基本介紹
- 中文名：後掠翼
- 外文名：swept-back wing
- 特點：前緣和後緣均向後掠
- 氣動優勢：增大機翼的臨界馬赫數
後掠翼的優點,降低飛行阻力,後掠翼的問題,翼尖失速,升力效率較低,扭轉剛度差,後掠效應,後掠翼的誕生歷史,
後掠翼的優點
降低飛行阻力
飛機前行的時候，飛機對前方空氣產生壓力，壓力波以聲速一層一層地向外傳遞，聲速是空氣性質的分界線。亞聲速飛行時，前方空氣在壓力波推動下有序地向兩側讓開飛機。然而，但飛機速度達到聲速時，壓力波不再可能趕在飛機前面把前方空氣有序地向兩側分開。相反，壓力波擠到一起，密度劇增，這就是所稱的激波。激波的鋒面在正好是聲速的時候是平直的。隨著速度的增加，激波的鋒面變成圓錐形，錐的後傾角度隨速度增加而增加，鋒面背後的空氣重新回到亞聲速。如果平直的機翼後掠，“躲”到機頭引起的激波鋒面的背後，就可以避免機翼本身引起的激波阻力。
激波
激波事實上，後掠翼避免機翼本身引起激波阻力的作用在飛機速度還沒有達到超聲速時已經體現出來了。機翼是通過對上表面氣流加速以形成上下表面氣流的速度差、進而導致壓力差而產生升力的。當垂直於機翼前緣的氣流流速接近音速時，機翼上表面局部地區的氣流受凸起的翼面的影響，其速度將會超過音速，出現局部激波，從而使飛行阻力急劇增加。採用後掠翼的話，迎面氣流按後掠角分解成垂直於機翼前緣的分量（法向分量）和平行於機翼前緣的分量（展向分量），法向分量產生升力，展向分量不產生升力。後掠角等於零時，法向分量和迎面氣流相等；後掠角越大，法向分量越小。因而與平直機翼相比，只有在更高的飛行速度情況下才會出現激波(即提高了臨界馬赫數)，從而推遲了機翼面上激波的產生，即使出現激波，也有助於減弱激波強度，降低飛行阻力。
後掠翼的問題
翼尖失速
翼尖先失速的原因，有兩方面。一方面，在機翼上表面的翼根部分，因翼根效應，平均吸力較小；在機翼上表面的翼尖部分，因翼尖效應，平均吸力較大。於是，沿翼展方向，從翼根到翼尖存在壓力差。
這個壓力差促使附面層內的空氣向翼尖方向流動，以致翼尖部分的附面層變厚，動能損失較多，容易產生氣流分離。另一方面，由於翼尖效應，在翼尖部分的上表面前段，流管變細，吸力增大；而在上表面後段，流管變粗，吸力減小。於是，翼尖上表面的後緣部分與最低壓強點之間的逆壓梯度增大，這就增強了附面層內空氣向前倒流的趨勢，容易形成氣流分離。由於上述兩方面原因，當迎角增大到一定程度，機翼上表面的翼尖部分首先產生氣流分離，形成翼尖先失速。
S形流線
S形流線翼尖失速後，輕則左右機翼失速程度不對稱，飛機自動傾轉，重則突然上仰然後整機下墜。飛機起飛或降落階段機頭抬起，迎角比較大，離地又不高，出現翼尖失速是致命的問題。因此，必須採取附加的氣動布局措施，如機翼幾何扭轉、設定翼刀、減小後掠翼翼尖部分的後掠角、機翼前緣鋸齒和缺口等。
升力效率較低
扭轉剛度差
後掠翼扭轉剛度差，在相同的展弦比和梯形比下，後掠翼的真實長度比平直翼長，垂直於機翼剛度軸的弦較短，又採用了相對厚度較小的翼型，因此後掠翼顯得細長而薄，彎曲剛度有所降低。後掠翼的氣動合力作用點向翼尖靠近，使彎矩和扭矩增大。所以總的來說，後掠翼的強度、剛度特性都差，後掠角越大，這一問題越突出。後掠翼的製造比平直翼要麻煩，翼根不僅要承受機身重量帶來的應力，還要機翼上揚造成的向前扭轉的應力，需要大大加強結構，帶來較大的重量。
後掠效應
後掠翼根部由於縱向元件長度不同，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”。後掠角越大，後掠效應越嚴重。
後掠翼的誕生歷史
在人類有動力飛行的前40年裡，一般飛機都採用直機翼設計。第二次世界大戰過後，後掠翼異軍突起，成了高速飛機普遍採用的機翼形式。在一些人看來，似乎是戰爭才使航空技術獲得了較大的發展，事實上並非如此，早在1935年，關於後掠翼的構想在一個人的腦子裡就已經孕育出來了。這個人就是阿道夫·布茲曼(Adolf Buseman)，當時他還是德國德勒斯登的一個年輕學者。那時候，地球上很多地方都是一片蕭條景象，但年輕的布茲曼躊躇滿志，正在為“給飛機插上後掠翼”，讓人類飛行得更快，而不懈地努力著……
第一次世界大戰後的15年，飛機設計突飛猛進，其間湧現出了不少膽識超群的飛行員和想像力極為豐富的飛機設計師。是他們使世界上的飛機飛得更高、更遠和更快：飛機的飛行高度延伸到了同溫層；能做不著陸的洲際飛行，先是飛越大西洋，而後是太平洋;伴隨著國際性空中競賽，飛機的速度記錄日新月異，其中“施奈德杯”(chneider Cup)是當時為世界航空工業競爭而專門設立的獎項，1920年奪得此獎的飛機時速為167公里，而到了1931年，當英國飛機第三次蟬聯此項比賽的勝利時，其時速已達547公里了。隨著飛行事業的發展，針對飛機的各種學術研究也逐漸受到重視。
布茲曼在德國領導研究後掠翼時，他們很快就發現了：當飛機的飛行速度達到比較高的速度後，翼面會出局部超音速流，後掠翼可以推遲局部超音速流的出現，對提高飛機的飛行速度，具有很重要的套用價值，尤其對軍事航空來說意義更大。於是，在後掠翼提出一年後，德國軍方就將其納入了秘密研究計畫。從此，布茲曼也在世界航空界的公共場合中消失了。
由於後掠翼的套用價值已被認識，為了保密起見，布茲曼的研究所被秘密地遷到了隱蔽性非常好的不倫瑞克森林裡。在這裡，布茲曼和他的同伴們潛心工作，得出了大量關於後掠翼的風洞實驗數據。實驗表明：機翼後掠不僅在超音速和高亞音速時可減小阻力(波阻)、增加升力、使飛機突破“音障”變得容易，而且可大大提高飛機高速飛行時的穩定性。當時，德國的梅塞施米特( Messerschmitt)飛機公司的工程師們對這一研究成果感到異常興奮，他們準備立即將其套用于軍用飛機上。
第二次世界大戰期間，德國人成功地將後掠翼技術套用到了世界上最早的噴氣式戰鬥機Me一262和最早的實用火箭飛機Me一163上。到戰爭末期，經過多次改進的Me一262飛機的機翼後掠角達到了45度。Me一163飛機甚至只有後掠的主機翼，沒有水平尾翼，這實際上就是後來出現的三角翼飛機的前身。從現代超音速理論的觀點來看，這兩種飛機的設計都是成功的，只是由於當時德國軍飛行員對其性能和駕駛不熟悉，使其未能在空戰中表現出較大的優勢，因而未對戰爭產生重大影響。但是，在當時的作戰飛機中，這兩種飛機的速度是很高的，曾引起盟軍飛行員的關注。早在1941年的最初幾次飛行中，Me-163的飛行速度就超過了998公里/小時(馬赫數0.84)，這在當時是最快的飛機，只是由於保密，這一速度記錄未能被國際航聯所承認。
二戰結束後，布茲曼及其同事一起離開了不倫瑞克，也離開了家人，被盟軍帶到了英國逗留了九個月左右。美國人充分認識到布茲曼這個人才的巨大價值，聘請他到維吉尼亞的NACA(即NASA—美國航空航天局的前身)蘭利研究中心工作，不久他的家屬也被接往美國。為了讓世界航空界了解阿道夫·布茲曼的存在，美國人在加拿大專門為他安排了一次公開露面的機會。
在戰後的混亂日子裡，所有盟國的軍隊都在搜尋布茲曼的研究成果，包括後掠翼的實驗數據和其它資料等，一旦發現，便迫不及待地被搶劫一空。
二戰以後不久，蘇聯人很快將蒐集到的數據和資料派上了用場，著名的米高揚飛機設計局借鑑於布茲曼的後掠翼研究成果，研製出了米格-15噴氣式後掠翼戰鬥機。美國人則利用布茲曼的數據對直機翼的FJ-1進行了重新設計，最後變成了北美公司的F-86“佩刀”後掠翼戰鬥機，該機的機翼可以說完全是Me-262的翻版。
這兩種後掠翼飛機都在1947年進行了首次飛行，但米格-15飛機由於保密而不為人知，直到它出現在朝鮮戰場後才引起轟動，輿論譁然。當米格-15參戰的訊息見諸報端後，西方的一些航空權威竟然不敢相信，在一段時期內他們還以為米格-15是出自於德國工程師之手。米格-15的問世，在世界航空史上曾產生過前所未有的衝擊。後發展了多種型別，共生產了15000多架飛機，是世界上產量最大的著名戰鬥機之一。
F-86
F-86應該說，當時的蘇聯人是最大限度地利用了布茲曼的成果和數據，而美國人則是擁有了布茲曼本人。雙方的成果—米格-15和F-86--一後來成了朝鮮戰場上的對手，並在空中展開了你死我活的較量。這兩種飛機的出現代表著戰鬥機一個新時代的開始，它們的飛行速度都達到了1094公里/小時。據介紹，F-86的是最大飛行速度達到過1152公里/小時。
米格-15
米格-15米格-15和F-86的成功套用，標誌著布茲曼的後掠翼技術得到認可。此後，後掠翼被世界上所有的高速飛機所採用，幾十種、幾百種，無人計數。後掠翼成了飛行器突破“音障”的重要“功臣”之一(另一個是噴氣式發動機)，後來又成了超音速飛機的代名詞，阿道夫·布茲曼功不可滅。
從上面的介紹不難看出，後掠翼的誕生是曲折的、近乎戲劇性的，但後來的套用和發展卻是順利的、有條不紊的。開始是所有的超音速飛機和高亞音速飛機都採用後掠翼，後來在此基礎上發展了三角翼、變後掠翼和不對稱的斜機翼等。三角翼是後掠翼的自然衍生物，它可以改善機翼的升阻比特性，同時有利於飛機的結構設計、提高機翼強度和增加翼內可利用空間。可變後掠翼可隨飛機速度、高度等飛行狀態調節機翼的後掠角大小，以獲得最佳飛行效果，兼顧高低速飛行的需要。今天，後掠翼技術仍在不斷發展，如美國的NASA多年來一直在對斜翼機、前掠翼等形式進行探討和試驗，並做出了試驗機，取得了一些成果。
