基本介紹
- 中文名：自由翼飛機
- 外文名：free-wing aircraft
- 定義：機翼使用自由翼翼型布局
- 特點：可短距起降
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：航空器
研究背景,自由翼技術,工作原理,性能特點,
研究背景
在我國首艘航母遼寧號航空母艦的正式下水服役後，為了滿足這種適應性和生存力非常強大的多功能戰機需求，除了常規艦載機J-15之外，這種具備垂直/短距起降能力，適應戰場快速展開；可高速巡航飛行，具有較大的運輸載荷和航程，及時展開搜救、預警和運輸任務；亦能掛載飛彈和航炮，具備空戰和對地作戰能力的綜合多樣性戰機的發展成為一種迫切的需求。
鑒於這類垂直/短距起降飛機的任務適應性好、生存力強、機動性好的優點，實現的方案有很多，可採用矢量發動機或旋翼，實現垂直起降；增大飛機機翼面積，多段翼分離流動控制，實現短距起降；增大飛機離地升力係數，採用自由翼，實現短距起降；利用“邊界層吸附效應”提高升力，實現短距起降；艦載機的彈射發射或傾斜導軌起飛等等。
對於我國當前國際形勢和航空工業發展現狀，需要發展多種功能和用途的型號飛機，但又尤其在發動機等某些重大技術發展受限制的情況下，採用推力矢量發動機來實現短距/垂直起降還不太現實，所以提出一種採用新型自由翼技術的方案，是個不錯的嘗試和選擇；具有可實現性、可操作性和適用性，能夠快速實現該類機型相關技術的突破和發展。對於自由翼技術的研究和發展將對適應短距起降和惡劣環境下的運輸機的研製起著十分重要的作用。
自由翼技術
自由翼是繼固定機翼和旋翼之後，出現的一種新概念的機翼設計形式，它在未來先進航空飛行器包括高機動戰鬥機的設計和發展方面的套用具有十分重要的前景。自由翼技術代表了飛機設計的原始概念，即像鳥兒一樣飛翔，可實現短距起降，減少了對突風的靈敏度和重心變化影響。
工作原理
自由翼的工作原理是：機翼通過一根展向旋轉軸與機身相連線，並且可繞展向軸自由轉動，故而稱之為自由翼。類似風向標自適應調節陣風或其他突發性相對迎角的改變，而且通過自由翼的升降副翼舵面控制自由翼相對氣流的平衡迎角，保持升降副翼偏不變時，無論氣流從哪一方向吹來，自由翼的相對於氣流的平衡迎角始終保持穩定不變；當需要改變飛機的機翼迎角時，僅需要通過調升降副翼舵偏角來實現自由機翼的轉動；當自由翼受到如陣風、紊流等外界擾動影響，一旦擾動消除自由翼又能很快地自動恢復到平衡迎角，可以避免機翼的失速問題，也減小了對陣風、紊流的敏感性。
性能特點
自由機翼飛行器在飛行時，當機翼受氣動力影響後，迎角幾乎能保持恆定。相比整架飛行器來說，機翼的慣性矩減小，可以更加便捷地適應來流方向的變化。自由翼的設計表明其具有強勁的突風緩和性和不易失速性。但相應的代價就是，可獲得的最大升力係數減小了。風洞試驗結果和分析表明，與典型的超輕型飛機相比，自由翼的設計對大氣湍流不敏感，也不太可能達到失速。預計這將顯著提高安全性和使用性。自由翼的設計具有重要的突風緩和能力。當然，設計參數的選擇也是非常重要的。一個選擇不當，可能會降低或抵消預期的改善效果。自由翼的設計一般很難出現機翼失速的情況。相對於傳統的飛機設計，這項性質是一個安全特徵。對於某些外界擾動影響如紊流、陣風等後，一旦擾動消除，無需外界操縱，自由翼能迅速地恢復到平衡迎角。
與此同時，自由翼的氣動優勢在於：自由翼的平衡迎角可以通過升降副翼來控制，並且可以使自由翼工作在特定需求的迎角狀態下；根據任務需求不同，利用最大升力係數或者最佳升阻比，對飛機的短距起降和巡航都十分有利；在實飛過程中自由翼受到的氣動力相對旋轉軸的俯仰力矩為零，抗突風、紊流等外界擾動能力好，為實現遠距長航時飛行提供技術支撐。
總體上來說，自由翼無需複雜機械結構和能量操控消耗，採用流體控制方式，實現機翼的自由轉動，繼而實現飛機的短距起降；同時，自由翼可以潛在套用於減少機身振動，這對延長機載設備的壽命有利，是良好的電子照相和偵察設備的運輸載體。
根據上述特點，自由翼非常適合短距起降運輸機和其它全新氣動布局飛機的研發和製造，採用自由翼形式進行氣動布局設計的飛機能夠利用自由翼的特點實現短距起降和巡航抗突風、紊流的特點，能夠滿足多種任務需求的飛機設計，是一種具備潛在套用前景的研究方案。
