前掠翼飛機

前掠翼飛機

機翼前後緣向前伸展的飛機
前掠翼飛機(英文名稱:forward-sweptwingairplane),前掠翼飛機是機翼前、後緣向前伸展(前掠)的飛機。[1]它的梢弦在根弦的前面,左右翼俯視投影形成一個V字。前掠翼是和後掠翼同時提出的,兩者推遲激波産生的原理是完全相同的。前掠翼結構可以保障機翼與機身之間更好地連接,并且合理地分配機翼和前起落翼所承受的壓力。這些優勢用其它方法很難達到或者不可能達到,它大大提高了飛機在機動時、尤其是在低速機動時的氣動性能。
    中文名: 外文名: 别名: 名稱:前掠翼飛機 英文名:forward-sweptwingairplane 國家:德國 類型:德國容克斯287 研發日期:1944年

概況

機翼

機翼前、後緣向前伸展(前掠)的飛機。前掠翼與後掠翼正好相反,梢弦在根弦的前面,左右翼俯視投影形成一個V字。前掠翼是和後掠翼同時提出的,兩者推遲激波産生的原理是完全相同的。1944年德國制造了第一架前掠翼飛機容克斯287,機翼前掠角為15°。但前掠翼産生彎曲變形時會使外翼迎角增大,從而使外翼升力增大,造成機翼彎曲變形加劇,在一定(臨界)速度下,這種現象會形成惡性循環,直到使機翼折斷。為了提高臨界速度,需要付出增加結構重量等代價。所以,前掠翼雖和後掠翼同時提出,卻很少被采用。70年代以後,出現了利用複合材料結構的彎扭變形耦合效應(即通過布置不同纖維方向鋪層)克服上述現象,同時由于變彎度技術、放寬靜穩定度技術和電傳操縱控制技術等的發展,前掠翼飛機遂又受到航空界的重視。

原理

飛行中,當垂直于機翼前緣的氣流速度接近音速時,機翼上表面局部氣流速度将超過音速,出現激波,使飛行阻力急劇增加。前掠翼技術可使飛機在亞音速飛行時具有非常好的氣動性能,從而大大提高其在仰角狀态下的機動性。若前掠翼布局與推力矢量控制系統綜合使用,還可使其在空戰中更具優勢,其近距空戰機動能力将成倍地提高。

優點

前掠翼主要有四大優勢:

結構優勢

前掠翼結構可以保障機翼與機身之間更好地連接,并且合理地分配機翼和前起落翼所承受的壓力。這些優勢用其它方法很難達到或者不可能達到,它大大提高了飛機在機動時、尤其是在低速機動時的氣動性能。此外,前掠翼的結構設計,還可使飛機的内容積增大,為設置内部武器艙創造了條件,同時也大大提高了飛機的隐身性能。

機動優勢

前掠翼技術可使飛機在亞音速飛行時具有非常好的氣動性能,從而大大提高其在仰角狀态下的機動性。若前掠翼布局與推力矢量控制系統綜合使用,還可使其在空戰中更具優勢,其近距空戰機動能力将成倍地提高。

起降優勢

與相同翼面積的後掠翼飛機相比,前掠翼飛機的升力更大,載重量增加30%,因而可縮小飛機機翼,降低飛機的迎面阻力和飛機結構重量;減少飛機配平阻力,加大飛機的亞音速航程;改善飛機低速操縱性能,縮短起飛着陸滑跑距離。據美國專家計算,F-16戰鬥機若使用前掠翼結構,可提高轉變角速度14%,提高作戰半徑34%,并将起飛着陸距離縮短35%。

可控優勢

使用前掠翼結構可以提高飛機低速度飛行時的可控性,并能在所有飛行狀态下提高空氣動力效能,降低失速速度,保證飛機不易進入螺旋,從而使飛機的安全可靠性大大提高。

缺點

前掠翼的嚴重問題是在結構方面,沿結構曲線方向的彎曲變形會使外翼沿氣流方向增大迎角,增加外翼部分升力,進一步增加機翼的彎曲變形。在足夠大的速度下,這種現象會形成惡性循環,直到使機翼彎曲折斷。這個現象稱彎扭發散。開始彎扭發散的速度稱彎扭發散(臨界)速度。為了提高前掠翼的彎扭發散速度,需增加機翼抗彎剛度,這就會導緻機翼結構重量的增加,以緻完全抵消采用前掠翼帶來的好處。這是前掠翼飛機很少被采用的主要原因。70年代以後,有人提出用複合材料結構的彎扭變形耦合效應克服前掠翼發散的缺點,也就是通過布置不同纖維方向的鋪層,使機翼的彎曲變形引起附加的負扭轉變形,從而抵消由升力引起的前掠翼正扭轉。這樣可以得到不發散而重量輕的前掠機翼,前掠翼飛機遂又引起人們的注意。

延伸閱讀

世界第一種前掠翼飛機

Ju287是世界上的一種前掠翼噴氣式轟炸機。1943年,Junkers公司的由Hans.Wocke領導的設計小組受命研制一種能夠超越盟軍任何戰鬥機的重型轟炸機。首次提出的方案是渦輪噴氣發動機和後掠翼方案。這種方案在高速飛行中優點明顯,低速時則有不易操縱的缺點。因此,設計小組提出:将後掠翼方案改為前掠翼方案,兼顧高速和低速飛行的需要。

前掠翼雖然高低速性能均優秀,但是存在氣動發散問題:即當速度和仰角達到一定值時,很難保證飛機的靜穩定性。仰角越大,機翼的彎曲變形越大,直至結構被破壞。前掠翼對飛機機翼的結構和彈性變形有特殊要求。為此,在設計Ju287時對機翼結構進行了一些改進。

為了加快研制進度,第一架原型機Ju287V1機身采用He177A的現成部件:機尾沿用Ju388;主起落架沿用Ju352;前起落架甚至取自被擊落的美軍B-24轟炸機。隻有前掠翼是重新設計的。裝用4台Jumo004m型渦輪噴氣發動機,兩台布置于前機身兩側,另兩台吊裝翼下。

1944年8月16日,Ju287V1首次試飛,結果十分令人滿意。可是在接下來的試飛中,當速度達到650KM/h時,氣動發散問題開始出現,幸而隻是感覺舵效減小,飛機不自主地趨于俯沖。

經過将前機身側的發動機改為翼下懸挂,問題得到抑制,并增加增壓座艙,這就是第二種原型機Ju287V2,使用4台Heinkel-Hirth011A噴氣發動機,每側翼下挂兩台。由于該發動機生産廠被盟軍炸毀,不得已改為使用6台BMW003A-1發動機。如每側翼下懸挂3台,稱為Ju287V2;如每側翼下懸挂2台,前機身側保留1台,和V1型一樣,稱為Ju287V3型,即預生産型Ju287A-0.

1945年,生産線上未裝配好的V2型和Hans.Wocke及設計小組被蘇軍俘虜,帶回蘇聯對Ju287計劃繼續研究。1947年Ju287在蘇聯試飛,稱為пп-2,達到了1150KM/h(M0.95)的速度。當時的技術水平,前掠翼的技術問題無法徹底解決,所以并未進一步發展。

制造公司

JunkersKiugzeugundMotorwerkeAG

用途

世界上的一種前掠翼噴氣式轟炸機1944-1945Ju287V3

發動機

6台BMW003A-1發動機

最大速度

819Km/h海平面864KM/h5000M高度

升限

10400M可在十分鐘内爬升到6000M

航程

1585Km

重量

空重11930Kg最大起飛重量21518Kg

軍械

尾部遙控炮塔2XMg131機槍可載4000Kg炸彈

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