机翼种类与特点

细节题2：机翼的种类有哪些？各有哪些优缺点？主要飞行参数以及主要应用机型。（民用、军用等）按机翼数量分为单翼机、双翼机和三翼机。双翼机和三翼机在航空发展的初期很常见，双翼机：双翼机是有上下并列配置的两副机翼的飞机。两副机翼前后配置的飞机称串翼机。双翼机的上下机翼用支柱和张线连成一个承力的整体，组成一个空间桁架结构。双翼机是旧式飞机。在现代的飞机中，除对载重量和低速性能有特殊要求的小型飞机外，双翼机已不多见。优点：在飞机发展初期，发动机功率低、重量大，建造机体的材料大多是木材和蒙布。为解决升空问题，需要较大面积的机翼，以便在低速条件下产生足够的升力。双翼机有两个翼面，机翼总面积较大。人们吸取桥梁建造方面的经验，把上下机翼通过支柱和张线联成一个桁架梁，增加结构受力高度机翼刚度，减轻结构重量。缺点：随着飞机速度的不断提高，双翼机支柱和张线的阻力越来越大，成为提高速度的主要障碍。高强度铝合金问世后，人们已有可能制造出结构重量不太大而又能承受大载荷的薄机翼。从20世纪30年代起，双翼机逐渐被单翼机取代。在现代的飞机中，除对载重量和低速性能有特殊要求的小型飞机外，双翼机已不多见。主要应用机型：Go145教练机，霍克III战斗机，别－2舰载侦察机，伊15驱逐机三翼机：由于双翼机的下部机翼在飞行中会自行折断，而且且这种飞机经常闹出此类故障，因此福克最先设计出了Dr-I三翼机，由于翼展相对较窄的三层机翼飞机具有极佳的机动飞行性能，最适宜于与敌机进行近距离格斗，所以获得了许多艺高胆大的尖子飞行员的青睐。主要应用机型:福克Dr.1单翼机还可细分为上单翼机、中单翼机和下单翼机。上单翼机优点：结构比较单一，机翼可以就是机翼，甚至可以完全做成一个整体，机身只是悬吊在其下面的一个部件，结构设计计算是最简单的一种，梁和框架的布局也非常容易和灵活，空气动力学方面，上单翼上表面和机身上表面基本平齐，飞机流场的低压区没有相互干扰，不易出现分离，天生就有身翼融合的优势，容易形成高升阻比的构型，此外，上单翼最重要的特点还在于飞机重心悬吊于机翼下，重心和升力中心的垂线距离最远，可以达到最大的自然滚转稳定性，飞机具有较强的自动恢复的飞行姿态稳定性。上单翼机翼下有足够高度和空间用于人员操作和武器挂载，是舰载机的主要设计选择。缺点：上单翼设计导致机翼距离地面高度很大，起落架很难布局在机翼上，只能在机身上想办法，为了容纳收放起落架，机身需要额外考虑全套的起落架舱的空间，这对机身设计的要求提高了。主要应用机型：F/A-18A大黄蜂，SU-33，MIG-29K系列中单翼机优点：和下单翼相比，把机翼的位置提高，可以让飞机的重心比机翼平面只稍低一点点，让飞机的横向稳定性变得可以任由设计师来控制，中单翼的飞机往往能兼顾机动灵活和飞行稳定这两方面的需求，对操作系统或者飞行员的要求较低。提高了机翼高度，让飞机可以拥有较好的外挂条件。缺点：中单翼丧失了下单翼设计那些对结构简化的优点，对起落架的设计要求大大提高主要应用机型：米格17,米格21,f-16新一代飞机的设计机体的升力体结构让中单翼和上单翼的界限便很模糊，中单翼飞机也有机会象上单翼飞机那样获得一个平滑的上表面，不仅获得小的气动干扰，也可以让主要受力结构可以合理的贯通机身。新一代战斗机的武器内置化降低了飞机对外挂物的依赖，因此，外挂物在设计时的重要性下降了，这是中单翼重新获得采用的一个重要原因。下单翼机优点：下单翼飞机的机翼下表面和飞机机身基本平整一体,机翼的主要受力结构和机身主要受力结构都处于机体的下侧,有利于起落架的设计和布置,空气动力学上,下单翼飞机让飞机重心高于机翼平面,飞机侧向稳定性低,在滚转方向较为灵敏,比较适合需要剧烈机动的战斗机或战斗轰炸机,从结构设计方面,下单翼的机翼结构设计比其他类型都要简单,它的主要受力来源于机翼向上的升力,力方向单一而且稳定,便于计算和规划,较容易获得结构效益.缺点：提高挂载高度是比较困难主要应用机型：F-4，阵风M运输机一般采用上单翼，大型货物在地面上移动时机翼不会碍事。还有发动机的影响：军用运输机要求在野战条件下起降，土跑道杂物多，上单翼的发动机较高不会吸进杂物。而客机主要考虑是，下单翼的发动机较低，易于维护人员接近，站在地面上就能检修。按机翼平面形状，飞机可分为平直翼飞机、梯形翼飞机、后掠翼飞机、三角翼飞机、变后掠翼飞机、前掠翼飞机、边条翼，小展弦比机翼等平直翼平直翼是指无明显后掠角的机翼。一般指后掠角小于20度、平面形状呈矩形、梯形或半椭圆形的机翼。常用在亚音速飞机上。优点：机翼结构简单，制造容易，产生升力的效率较高缺点：阻力较大主要飞行参数：机翼的1/4弦线后掠角大约在20°以下。在亚音速飞机上，展弦比为8～12左右,相对厚度为0.15～0.18。在超音速飞机上,展弦比为3～4,相对厚度为0.03～0.04左右。主要应用机型：平直翼多用在亚音速飞机和部分超音速歼击机上。F9F后掠翼机翼各剖面沿展向后移的机翼称为后族翼，这种机翼的外形特点是，其前缘和后缘均向后掠。机翼后掠的程度用后掠角的大小来表示。优点：与平直机翼相比，后掠翼的气动特点是可增大机翼的临界马赫数，并减小超音速飞行时的阻力。飞机在飞行中，当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时，机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响，其速度将会超过音速，出现局部激波，从而使飞行阻力急剧增加。后掠翼由于可使垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度，因而与平直机翼相比，只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波(即提高了临界马赫数)，从而推迟了机翼面上激波的产生，即使出现激波，也有助于减弱激波强度，降低飞行阻力。缺点：后掠角的缺点是扭转刚度差、升力线斜率较低、气流容易从翼梢处分离、亚音速飞行时诱导阻力较大等。主要飞行参数：机翼1/4弦线后掠角多在25°以上。用于高亚音速飞机和超音速飞机。高亚音速飞机后掠翼的常用参数范围是：后掠角30°～35°，展弦比6～8，相对厚度约0.10，梢根比0.25～0.3。对于超音速飞机，后掠角超过35°，展弦比3～4，相对厚度0.06～0.08，梢根比小于0.3。主要应用机型：F111（变后掠翼）和F14（变后掠翼）和B1，MIG23/27和SU22和SU24和图-160变后掠翼后掠角在飞行中可以改变的机翼称之为变后掠翼。从空气动力学的角度讲，要同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短矩起降的要求，最好是让机翼变后掠，用不同的后掠角去适应不同的飞行状态。对变后掠翼的研究，始于40年代，但直到60年代，才设计出实用的变后掠翼飞机。一般的变后掠翼的内翼段是固定的，外翼同内翼用铰链轴连接，通过液压助力器操纵外翼前后转动，以改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦比。优点：通过机翼后掠角变化，使飞机在低速和高速飞行中获得理想的机翼前缘升力。可变后掠翼在起飞，着陆和低速飞行时，使用较小的后掠角，使机翼前缘升力增加，机翼效率提高，而高亚音速和超音速飞行时使用大后掠角，提高飞机的加速性能和高速飞行能力。缺点：结构和操纵系统复杂，重量较大，不大适合轻型飞机使用。主要应用机型：米格23f14狂风边条翼边条翼是50年代中期出现的一种新型机翼，一些第三代高机动战斗机采用了这种机翼。在中等后掠角(后掠角25度～45度左右)的机翼根部前缘处，加装一后掠角很大的细长翼(后掠角65度～85度)所形成的复合机翼，称为边条翼。在边条翼中，原后掠翼称为基本翼，附加的细长前翼部分称为边条。优点：在亚、跨音速范围内，当迎角不大时，气流就从边条前缘分离，形成一个稳定的前缘脱体涡，在前缘脱体涡的诱导作用下，不但可使基本翼内翼段的升力有较大幅度的增加，还使外翼段的气流受到控制，在一定的迎角范围内不发生无规则的分离，从而提高了机翼的临界迎角和抖振边界，保证飞机具有良好的亚、跨音速气动特性。在超音速状态下，由于加装边条后，使内翼段部分的相对厚度变小，机翼的等效后掠角增大，可明显降低激波阻力。另外，边条的存在，还可使飞机在跨音速和超音速飞行时的全机焦点后移量减小，导致飞机的配平阻力降低。因此，这种机翼也具有良好的超音速气动特性。缺点：在小迎角范围内，其升阻特性不如无边条的基本翼好；它的力矩特性也不理想，力矩曲线随迎角的变化呈非线性。主要应用机型：F-16、米格-29和苏-27三角翼平面形状为三角形的机翼称为三角翼。与之相近的有双三角翼和切角三角翼。目前常用的主要是略有切角的三角翼。三角翼飞机出现于50年代。优点：大后掠角三角翼具有超音速阻力小、焦点随M数变化小、结构刚度好等优点，适合于超音速飞行和机动飞行。缺点：三角翼的缺点是：在亚音速飞行状态，机翼的升力线斜率较低、诱导阻力较大、升阻比较小，从而影响飞机的航程和起降性能。主要飞行参数：机翼前缘后掠角约60°，后缘基本无后掠，俯视投影呈三角形状。展弦比约为2，相对厚度0.03～0.05。多用于超音速飞机，尤以无尾飞机采用最多。主要应用机型：歼10幻影2000F—102米格—21前掠翼前掠翼的结构受力形式后掠翼相同、并同后掠翼一样机翼根部区域的结构和承载方式与直机翼不同。除单梁式机翼以外，与后掠翼结构受力形式比较，前掠翼结构受力形式中的前梁根部和靠近前梁根部壁板承受的载荷较大。身前梁的加载是由于较长（刚度较小）后梁的卸载造成的。优点：与后掠翼相比，前掠翼主要有四大优势：结构优势，机动优势，起降优势，可控优势。缺点：技术复杂，对与之配套的相关技术要求比较高主要应用机型：su47