飞机飞行动力学 (7).pdf

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1、 1 变后掠翼、前掠翼和隐身布局特点 同学们好！这次课我们主要分析变后掠翼布局、前掠翼布局和隐身布局飞机及其主要特点。一、变后掠翼布局 飞机在飞行中，机翼的后掠角可变化的气动布局叫做变后掠翼布局。例如美国的F-14、B-1B，俄罗斯的米格-23等都是变后掠翼的飞机。变后掠翼飞机通过转动改变机翼的后掠角和展弦比。低速或亚声速时机翼的后掠角小、展弦比大，升阻特性好，起降和巡航性能也会有明显的改善；超声速时机翼后掠角大、展弦比小，波阻小，超声速性能良好。所以，变后掠翼布局的优点在于它可兼顾亚声速和超声速性能。当然，变后掠翼布局飞机也有缺点。一是难以保证飞机的平衡。当机翼后掠时，气动中心和重心位置后移

2、，但气动中心移动量更大，需调整重心或增加平尾向下的配平力来保持飞机的平衡，这时也增加了飞机的配平阻力，从而降低了飞机的飞行性能。二是由于转动机构结构和操纵系统复杂，使其重量增加，不适合轻型飞机使用。三是这种布局的飞机难以满足大迎角机动和高隐身能力等要求，所以在新一代作战飞机的设计中已很少采用变后掠翼布局。二、前掠翼布局 前缘和后缘均向前伸展的机翼叫做前掠机翼，采用前掠翼的气动布局形式叫做前掠翼布局。无论是前掠翼还是后掠翼，都能提高临界 Ma 数、降低波阻。世界上最早采用的斜掠机翼是前掠翼，如德国的轰炸机JU-287。还有美国的X-29、俄罗斯的苏-47“金雕”等前掠翼飞机，对飞行器的设计也造成

3、很大的影响。前掠翼布局具有下列优点：（1）失速从翼根开始 前掠翼后掠翼都具有延缓激波产生的作用。后掠翼的展向分速从翼根流向翼尖，附面层分离首先在翼尖出现，而导致翼尖操纵面失效。因此，后掠翼布局的失速迎角小，机动性差。而前掠机翼平行于前缘的气流，由翼尖指向翼根，首先在翼根发生分离，这样可以增大机翼的升力和失速迎角，提高副翼的操纵效率，大迎角机动能力也比较好，抗尾旋性能强。（2）前掠翼的阻力小 如果保持前掠翼和后掠翼的展弦比、根梢比、面积、激波的弦向位置和前缘斜掠角相同，则前掠翼激波线的斜掠角要比后掠翼的大，激波阻力小。因此，前掠翼的压缩性影响和波阻较后掠翼低。如果保持前掠翼和后掠翼的展弦比、根梢

4、比、面积、激波的弦向位置和激波线的斜掠角相同，则前掠翼的前缘斜掠角要比后掠翼的小，前缘吸力在来流方向的分量较大，因而阻力要比后掠翼的小。（3）有利于近距鸭式布局 现代飞机的发动机重量大，一般安装于飞机尾部，所以飞机的重心比较靠后。而前掠翼的根部靠后，很难布置平尾，但容易进行鸭翼设计，使结构布置更加灵活，使机翼和前起落架的受力分配合理，也可机体容积的增大。而且鸭翼涡系和主机翼涡系产生有利干扰，对翼根附面层分离进行控制，延缓了前掠翼布局的失速，提高了主翼气动效率。（4）起飞着陆性能好 相同面积时，前掠翼比后掠翼的升力更大，所以可缩小前掠机翼，这样减小了阻力和结构重量，可缩短起飞着陆滑跑距离，利于增

5、大航程。2 但是前掠机翼存在气弹发散问题。当迎角增大，升力增加时，机翼产生的弯扭变形使得前缘抬高，后缘降低，迎角增大，导致升力和弯扭变形继续增大，这种不稳定现象叫做气弹发散现象。前掠角越大，气弹发散问题越严重。而要消除气弹发散，就必须增加机翼的结构刚度，这样增加了飞机的重量而导致飞行性能下降，而且对结构强度形成的影响甚至威胁到飞行安全。这也是前掠机翼技术多年没有得到发展和广泛应用的主要原因。三、隐身布局 对于新一代作战飞机，一般都要求具有良好的隐身性能。而隐身技术是一种低可探测技术，或低可观察技术，是指在一定遥感探测环境中，采用反雷达、电子、红外、可见光和声学等多种探测技术手段，降低飞机、导弹

6、、舰艇和坦克等目标的可探测信号特征，使它们在一定范围内不被敌方各种探测设备发现、识别、跟踪、定位和攻击。隐身技术分为雷达隐身、红外隐身、电子隐身、可见光隐身、声波隐身和电磁隐身技术等。当前最主要的是雷达隐身和红外隐身。在保证飞机基本气动特性的前提下，为了实现飞机的隐身而改变飞机的外形，从而产生的新的气动布局称为隐身布局。隐身布局的典型代表是美国的F-117“夜鹰”隐身战斗机、F-22“猛禽”战斗机、和B-2“幽灵”隐身轰炸机等。下面简单介绍一些与隐身布局设计相关的基本准则。（1）减小飞机的尺寸和部件。面积越大，雷达反射信号越强，因此，减小飞机尺寸或减少部件是减小飞机雷达截面积的最直接方法。例如

7、去掉平尾，进行“V形”尾翼设计，甚至将尾翼完全取消设计成飞翼布局，如B-2隐身轰炸机。（2）排除镜面反射。消除或减少使飞机上可造成镜面反射的外形，避免采用大的平面和大的凸状弯曲面。例如，F-117隐身战斗机的表面就是由多个小平面拼接而成。（3）消除角反射器效应。在机身机翼、机身尾翼、机身进气道、平尾垂尾等的结合处，经常会出现平面相交的直角，雷达信号会发生角反射器效应而变强。对这些部位以圆弧整流，设计为融合体，并采用倾斜的双垂尾设计。（4）利用部件相互遮挡。如果采用背部进气道，用机身和机翼遮挡进气道向下的强散射，从而减小全机的雷达截面积，如F-117隐身战斗机。（5）形成少量反射波束。将飞机的边缘设计为少数几个平行方向，使雷达反射波集中在少数几个固定的方向，其他方向的反射波很弱。例如F-22战斗机的机翼、平尾、垂尾的前缘和后缘都是平行的。（6）消除强散射源。对于进气道，采用进气口斜切和 S 形进气道设计，可遮挡雷达波直射到压气机叶片上，也可使雷达波的回波经过多次反射而减弱。对于外挂物，一般采用内埋式或保形外挂。（7）减弱或消除弱散射源。机身上的口盖、舵面的缝隙、台阶、铆钉等都是弱散射源，都要采取相关措施，例如将口盖或缝隙设计成锯齿状等。有关隐身布局的详细设计请参考相关隐身设计方面的图书资料。好了，这次课程就讲到这里，再见！