戰鬥機設計

戰鬥機設計

戰鬥機設計,即戰鬥機的總體設計技術方法。設計戰鬥機需要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。

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。

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