上中下有啥不一样——军用飞机机翼位置有讲究
来源:浙江制造认证    发布时间:2024-04-18 18:32:40 ...


  自从飞机(尤其是军用飞机)从双翼(甚至多翼)发展到单翼之后,机翼的位置就有了讲究。以机身中线为界,有“上,中,下”三种布局(你确定不是上,中,下三路剑法?手动滑稽)。那么,对作为“高深莫测的前沿科学”的“空气动力学”来说,飞机机翼哪怕一丁点的改变都会让“实际飞行效果”产生翻天覆地的变化,更不用说是机翼布局从“上(上单翼)“跳到“中(中单翼)”再跳到“下(下单翼)”这样超级大的改变了。

  所谓的上单翼布局,指的就是机翼位置在机身中线以上(一般位于机身顶部),细心的小伙伴们会发现,所有的单翼军用运输机采用的都是上单翼布局。

  这其实和上单翼的特点和军用运输机的使用有着密切关系。对于军用运输机来说,上单翼布局具有“结构相对比较简单,飞机重心低,飞机稳定性高”的优点。而且造价更低,飞行安全性更好,对恶劣天气的适应性更高。

  此外就是上机翼布局的运输机机身的升阻比一般都比较高,最大载重量可以更高一些(或者同等载重更省油)。

  第三个优点就是对机场的适应性好。上单翼布局的运输机,因为机翼一般都位于机身顶部,机翼离地高度是最高的,发动机离地更高(运输机一般都是超大直径的高涵道比的发动机,只能挂在机翼下),可以有效阻止吸入砂石等杂物,这就避免了因为“发动机损伤”而造成的不必要的战机延误和损失。毕竟军用运输机经常会在一些条件非常差的前线机场进行起降。

  最后,上单翼运输机的发动机离地更高,允许将机身设计得尽可能地离地面更近一些,这样货舱离地面的高度就可以大幅度降低,能更加快速的装运大型设备(尤其是在缺少辅助工具的前线机场)。此外,上单翼飞机的机翼一般都带下反角,低空稳定性有保证,而且对侧风不敏感,适合执行低空空投等任务。这些都是下单翼飞机所不能够比拟的。

  而对于采用上单翼布局的战斗机来说,上单翼布局具有升阻比大,可以在同等发动机推力的情况下携带更多更重的载荷。而且由于机翼离地更高,可以携带超大型的外挂(武器或副油箱),提高了战斗机执行任务的灵活性或提升了战斗机作战半径。

  飞豹能以两台“单台加力推力”仅91.1KN的发动机便能携带最大10吨的弹药,其上单翼的气动布局功不可没,这要大大超过“采用中单翼布局”的苏34战斗轰炸机的8吨载弹量(要知道苏34两台发动机的总推力要比飞豹大百分之五十)。事实上,战斗机里面使用上单翼布局的一般都是以对地攻击为主,空战以逃命为主。比如飞豹歼击轰炸机,美洲虎战斗机,美制F111战斗轰炸机等。

  首先是机动性较差,从气动角度讲,上单翼布局战斗机的“升力作用点”在重心之上,这会让飞机有一定的“自主横向姿态修正”的效果(简单来说就是比较稳,战机属于稳定体),而这会对战斗机进行类似横滚等机动带来不好的影响(简而言之,机动性比较差),这对于空优战斗机就比较致命了。

  一般来说,空优战斗机基本不会采用上单翼布局。如果一定要采用上单翼布局,为提升机动性,一般都需要辅以其它手段来改善这样的一个问题(比如战斗机采用静不稳定设计,采用多余度电传操纵,加装鸭翼,使用推力矢量发动机等等)。

  其次就是低空容易失速。尤其是低空气流条件极其复杂的地面,这个缺点会更为致命,造成飞豹频频坠机的真正元凶正是这个。“飞豹天生就是为海军设计”说法其实不无道理(海平面的气流条件相对要好很多)。要缓解这样的一个问题,最终的手段就是采用多余度电传操纵进行自动限制避免在低空进入失速。

  中单翼布局是指机翼安装在机身中线部位,是比较中庸的设计,大部分的战斗机都喜欢采用中单翼布局,比如F15,F16,苏27等。

  中单翼战斗机“机翼与机身间的干扰阻力”是三种布局里最小的,而且通过采用翼身融合技术,将机翼和机身融为一体,可以极大地提升飞行升力,提高升阻比,可以有效增加战机的载荷(或者相同载荷下延伸战机的作战半径);此外由于机翼安装的地方仅比上单翼低了一点点,对于战斗机机翼的武器装备外观影响不大,可以正常挂载所有的弹药和装备。

  中单翼战斗机的重心比机翼平面只稍微低了一丁点,让飞机的横向稳定性变得能控制,中单翼的战斗机往往能兼顾机动性和稳定能力的需求,对飞行员的要求较低。

  中单翼战斗机“起落架的收放”也比较容易处理,轮胎放进机身,起落架撑杆则收回到机翼内,轮胎部分甚至不需要整流罩。

  而缺点方面,中单翼战斗机的翼梁要横穿过机身中部,对机身内部空间的利用会有一定的影响,这对于非隐身战斗机影响还不算大;但对于中单翼隐身战斗机影响就比较大了,其“作战半径”和“内置载弹量”都会小于同规格的上单翼隐身战斗机(这也是怎么回事歼20的作战半径和内弹仓空间要大于F22的最终的原因)。

  中单翼战斗机的“起落架收放”会占据机翼内侧相当一大段,这使得这段机翼下很难布置外挂载点。而且起落架收入机身的位置如果选的不好,会让机腹挂点无法挂载大尺寸和大重量的弹药和装备(这对于以外挂载为主的非隐身战斗机影响非常大)。这方面的典型产物就是中国的歼8II系列战斗机,它的“起落架收放设计”使得其“外挂载点数量”受到严重限制(和骁龙这样的轻型战斗机一样只有7个外挂载点),而且质量也急剧下降(连机腹位置的主挂载点都不能挂载太重的外挂物),导致歼8II系列战斗机性能单一,用途无法扩展。

  下单翼布局,简而言之,就是把机翼安装在机身中线的下方。从气动角度讲,下单翼的“升力作用点”在重心之下,具有一定的自身不稳定性(即静不稳定性),飞机会很灵活,容易做类似横滚动作(简而言之,机动性更好)。

  此外,下单翼的翼梁不用穿过机身,不会对机身内部的空间使用造成影响。此外机身强度也不会受影响。而且因为下单翼的机翼和机身融合性非常好,可以轻松又有效提升机翼升力和整机的升阻比,可以有效增加战机的载弹量(或者相同载荷下延伸战机的作战半径)。

  而且下单翼战斗机因为机翼离地面很近,起落架能做到比较低,而且起落架体积小重量轻,易收放,占用的机翼长度和机身内部空间都比较小。对战机的挂载重量基本没影响。

  其次是机翼离地面非常近,对外挂载弹药和其它设备的尺寸和体积有严格要求,避免擦地出现严重事故。

  最后,下单翼战斗机的重心比机翼平面低了很多,战斗机的不稳定性非常强,理论上机动性非常好,但对飞行员的要求会非常高,而且必须装备多余度电传操纵,不然战斗机根本没办法操控。





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