前掠翼技術

前掠翼技術

飛機翼型
前掠翼是相對後掠翼而言的一種翼型,其梢弦在根弦的前面,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,由于前掠翼上的展向流動指向翼根,大迎角飛行時氣流首先從機翼根部分離,從根本上克服了翼尖失速問題,因而低速性能好,可用升力大,機翼的氣動效率高。
    中文名:前掠翼技術 外文名: 所屬學科: 英文名:Forward-swept wing 相對的稱呼:後掠翼 類别:一種飛機翼型 特點:左右翼俯視投影形成一個V字 優點:機翼的氣動效率高 著名型号:俄羅斯蘇-47金雕 出現時間:1944年

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。

前掠翼在氣動方面有着獨特的優勢,它的升阻比高;能保證機翼與機身之間更好的連接;有利于起降;并且,它的最大好處在于機動性,這種優勢在亞音速範圍内最為明顯。如果将前掠翼布局與推力矢量控制系統綜合使用,飛機在空戰中更是如虎添翼。

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。

其他

缺點

當然,前掠翼也并非十全十美。比如它技術複雜,對與之配套的相關技術要求比較高,氣動部件強度要求大,而且翼尖振顫的問題至今無法徹底解決。所以目前還是很少有戰鬥機采用這種布局。不過它畢竟代表了一種飛機的發展方向。由于材料的制約,人類一直無法克服機翼前掠所帶來的“氣動彈性發散”問題,使得前掠翼的獨特優勢一直無法發揮,也因此,前掠翼一直無法得到廣泛的應用。直到20世紀70年代,複合材料機翼結構的應用,才使得前掠翼的發展柳暗花明。

完善

1947至1948午,蘇聯對LL-3前掠翼實驗機進行了測試,該機以火箭為動力,最大速度為1150公裡/小時(0.95馬赫)。因為結構上的問題無法解決,在其後數十年間,蘇聯沒有什麼進展,美國也不例外。進入20世紀70年代,兩項科研成果給前掠翼飛機的研究帶來了轉機,這就是複合材料技術的進步和機翼剛性分布計算機計算法的應用。

前者為前掠翼提供了更輕、更強的結構,可使機翼在扭曲時不至于折斷,後者則使機翼在面臨離散效應時能夠隻彎曲而不扭曲,這就解決了因機翼扭曲而造成的負面氣動效應問題。在此基礎上,蘇聯改進了以米格-23和蘇-27作為研究對象的前掠翼風洞模型設計,為進行前掠翼戰鬥機設計的蘇霍伊設計局提供了不少寶貴的試驗數據和經驗。同時,蘇霍伊設計局自己也制造了1架前掠翼滑翔試驗機,用以驗證大迎角飛行能力以及失速、螺旋等特性。試驗結果表明,前掠翼戰鬥機維持大迎角飛行的時間可達到蘇-27的3至4倍,而蘇-27則具有相當出色的大迎角飛行性能。

1970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。1984年12月14日美國X-29A前掠翼驗證機首次升空。

美國在研制F-16時電曾提出了一個前掠翼方案。據他們估計,這種方案與F-16相比,其轉彎角速度可增加14%,作戰半徑可增大34%,起降距離可減少35%。1984年12月24日,美國格魯曼公司的X-29成功首飛,比較成功地解決了前掠翼飛機的“氣動彈性發散”問題,雖然它并沒有完全解決前掠翼在超音速時的發散問題,但它在航空基礎領域和先進技術方面做出了大量的積累,為美國航空的建設帶來了一筆寶貴的财富。随着材料技術的發展,剛度更高,質量更輕的材料必将能為解決前掠翼的“氣動彈性發散”問題奠定基礎,前掠翼也将會得到推廣、流行。

機型

蘇37

S-37的第一次露面足在1996年俄羅斯空軍的一次會議上。從這次會議所刊登的一張照片中,人們發現一架塗成黑色,帶有前掠翼、前置平尾、普通平尾、雙立尾的飛機模型,專家們據此推測出一些很難辨别的細節,繪出一張示意圖。于是在西方又掀起了新一輪對俄新型戰鬥機性能水平和作戰能力的分析報道熱潮。

設計1997年這架飛機終于正式露面,蘇霍伊設計局聲稱這是俄空軍第五代戰機的技術驗證機,采用特别的前掠翼設計,以提高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果。此外還采用三翼面、雙垂尾、前後全動式操縱面的氣動布局和推力矢量控制技術,機體廣泛采用了複合材料,具有良好的超音速巡肮、超機動性和隐身能力。影響蘇37獨特的前掠翼設計給人留下很深刻的印象,它獨特的氣動外形也引起衆多争議,正因為如此它才會在世界航空史上占有重要的地位。不足前掠翼戰機在中空亞音速時的氣動性能不好,這一點還有待于工程師的改進。

生産商:俄羅斯蘇霍伊航空生産聯合體

類型:重型制空戰鬥機

重量:空重24000千克

最大起飛重量54000千克外形尺寸:機長22.6米,機高6.56米,翼展16.7米

性能數據:最大平飛速度2700千米/小時,實用升限1,8000米千米

蘇47

該機采用了前掠翼,以提高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果。采用三翼面、雙垂尾、前後全動式操縱面的氣動布局和推力矢量控制技術,機體廣泛采用了複合材料,具有良好的超音速巡航、超機動性和隐身能力。裝有兩台AL-41F推力矢量渦扇發動機,單台最大加力推力175千牛,推重比約為10。機長22.6米,機高6.4米,翼展16.7米,最大起飛重量34噸,最大速度2.1馬赫,升限18000米,最大航程3300公裡。

機載設備包括俄制最先進的數字化多信道設備、自動化綜合指揮系統、組合導航系統及新一代的乘員生命保障和彈射綜合系統。裝備先進的雷達,使用了帶有電視、熱紅外、激光設備的光學雷達及後視雷達。機内武器艙可攜帶超遠程空空導彈和遠程空空導彈,包括KS-172導彈,這種二級導彈可以達到高超音速,裝備複合制導系統,能夠打擊400公裡外的空中目标。也可攜帶空對地突擊武器,同時保留了30毫米機炮。“金雕”SU--47(蘇-47)

基本數據:

長:22.60米

翼展:16.70米

起飛全重:24噸

最大速度:1.6馬赫

最大過載:超過蘇-27的9G

建造材料:13%的重量采用複合材料,鋁合金及钛合金。

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