基本介紹
- 中文名：戰鬥機設計
- 外文名：Fighter Design
- 性質：一種設計技術方法
- 研究問題：飛機機翼配置、外形和剖面等
- 目的：提升戰鬥機性能
- 相關學科：空氣動力學、結構力學等
簡介,機翼配置的變化,戰鬥機的增升裝置,
簡介
從20世紀20年代開始，由於飛機發展的需要，使空氣動力學的理論和試驗手段(如風洞)都有了很大的發展。對於戰鬥機設計來說，空氣動力學主要是研究飛機的機翼配置、外形和剖面(翼型)、機翼與機身以及其他部件的相互干擾和影響等問題。
機翼配置的變化
早期的飛機是雙層翼飛機，後來雙層翼的布局形式發展到三層翼甚至多層翼。歷史上曾經有過一種很有名的三層翼飛機就是德國福克公司研製的Dr - 1三翼戰鬥機。該機採用了上中下三個面積差不多相等的機翼，飛行性能相當出色，曾在第一次世界大戰中發揮過重要作用。後來經過一系列研究和對比，空氣動力學家們發現，上下兩層翼之間的距離(稱為翼隔)越大，相互間因干擾而造成的對飛機升力的影響就越小。
風洞試驗表明，按當時的飛機設計水平，單翼機的最大舉阻比(Y/X)最大可達到17，而雙層翼飛機的舉阻比最大只能達14，三層翼飛機更低只有12。翼隔(B)和機翼平均弦長(b)大致相等為最好。若B/b大於1，說明機翼的結構不結實；若B/b小於1，兩層機翼間的干擾會更加厲害。實際上當時的多翼機，有的B/b是大於1的，這主要是從飛行員的視野考慮的。
在空氣動力學上，雙翼機或多翼機的另一個缺點是機翼間的氣流渦系相互作用，使每個機翼都會產生額外的阻力，其影響與減小機翼展弦比的效果是相同的。當時氣動學家經研究發現，機翼的展弦比為6左右是最好的(低速飛機)，多數飛機通常採用的展弦比為4.5至7.5之間。對於這樣的機翼，誘導阻力(因升力而伴生的一種阻力)的影響不大，沒有必要進行精確計算。當時人們不斷改進動力系統，使發動機的功率增長很快，但飛機的速度增加不多。第一次大戰前戰鬥機的速度為210千米/小時左右，但到了1918年戰鬥機的最快速度也只能到233~241千米/小時。這主要是在空氣動力性能方面改進不大。
以後，隨著製作飛機的材料得到更新，例如開始使用鋁合金，使飛機的結構性能有了很大的進步，從而促進了單翼機的發展。要使單翼機的氣動特性比雙翼機更好，必須減小翼面積(加大翼載荷)。這樣一來，單翼飛機的起落性能下降，滑跑距離加長，從而使飛機的使用性受到限制。早期的單翼飛機發展慢，也有因試驗條件限制，如風洞數據誤導的原因。因為那時候飛機的機翼表面常常是粗糙不平的，蒙皮、合金和膠合板到處起皺，外形尺寸也不準確，這些不僅會使阻力增加，而且還有可能在飛行中造成失速，引起事故，從而加深了人們對單翼機的誤解。
1936年，前蘇聯人對單翼機和雙翼機的優劣進行了認真的分析對比，從而得出結論：單翼機的速度快，而雙翼機翼載荷小盤旋性能好一些。這在當時是符合實際情況的。根據這一特點，當時的前蘇聯軍方便提出了一種戰術構想，即在空戰過程中，用以伊 - 16為代表的單翼機，利用其速度快的特點先追上敵機並牽制住；然後，用以伊 - 15為代表的雙翼機，利用其機動性好的優勢與敵機作戰並消滅它。所以，前蘇聯曾大量生產這兩種飛機，以協同作戰。30年代中期，西班牙戰爭是檢驗戰鬥機本身和戰術思想的一個機會。實際情況表明，在急劇變化的空戰中，兩種性能差別很大的飛機要協同作戰是十分困難的，因為當時還沒有機上無線電通話設備。另外，實戰結果告訴人們，單翼機不但速度快，而且在爬升性能上也比雙翼機好得多，因此在空戰中容易占優勢。英國當時的主力戰鬥機是格羅斯特“鬥士”雙翼機，在空戰中如遭遇德國的Me - 109單翼戰鬥機常常是一敗塗地。從此，雙翼戰鬥機逐漸被單翼戰鬥機所代替，並先後出現了噴氣戰鬥機、超音速戰鬥機，噴氣式超音速戰鬥機現在也已經發展到了第四代。
戰鬥機的增升裝置
從整個戰鬥機的發展歷史來看，其飛行速度是越來越快，機翼的載荷越來越大，弋機的起降速度也越來越大，起落滑跑距離越來越長，因而對飛行員的技術要求也越來越高。為了解決這一問題，就必須提高飛機低速飛行時的氣動特性，即增大升力、改善起落性能。因此人們想到了能不能把機翼的一部分做成活動的(除副翼外)，可以改變機翼的彎度和翼面積的大小。平時將活動部分收回去，起落時將其打開，以增加升力。這種可增加升力的活動翼面就稱為增升裝置。最早使用增升裝置的是英國的SE4飛機(1914年)，這是一種雙翼機，在其機翼後緣安裝了簡單的襟翼。但是，在雙翼機上安裝後緣襟翼，其作用是有限的，因為雙翼機翼剖面很薄，加上襟翼後機翼更容易失速。失速現象往往是突然出現的，非常危險。使用後緣襟翼，在增大機翼升力的同時增大了機翼前緣的吸力峰值，使翼面氣流分離提前，從而產生失速現象。正因為如此，儘管當時出現了後緣襟翼，但是大多數雙翼機飛行員都不願意使用。
