为什么苏联早期的喷气战机会装上翼刀?

无尽悲凉是夜


当早期喷气机开始采用后掠翼来减小激波阻力的时候,设计师发现了新问题:附面层气流会沿后掠角向翼梢方向扭曲偏移,破坏了理想情况下与机身轴线平行经过机翼的气流,从而导致机翼升力的下降和翼尖失速的风险。为了解决这个问题,西方主要采用前缘缝翼(比如F86)或附面层吸收结构,苏联则简单粗暴的使用翼刀——相当于“建一堵墙”把有害气流向翼梢流动的趋势挡住、引导附面层气流尽量与机身轴线平行的流动。但翼刀并不能完美解决问题,最终还是回到西方的道路上。所以三代机上翼刀就已经比较少见了。另外还有一种解决措施,和翼刀作用类似,就是机翼前缘锯齿,比如鬼怪和歼轰七的机翼前缘。最后两张图是装翼刀和不装翼刀的气流状况,大家可以自己对比一下。








锡兵中士


因为西方国家采用的是前缘控制面的方式

这里面,先要赞扬下二战德国的航空工程师们,他们在高速飞行方面的探索可以说是划时代的突破性。其中一个贡献就是后掠翼,后掠翼降低激波阻力看似很简单,但是将其实用化有一个很严重问题。那就是后掠翼高速飞行时,附面层气流会沿着机翼向外运动,由此产生不稳定力矩,容易导致飞机失控。特别是飞机进行一定仰角飞行时,很容易进入危险的翼尖失速状态。

对此汉斯的航空工程师试验了两种途径可以改善这种情况,一是加装翼刀,另一种就是自动缝翼。战后苏联和西方国家实际上就是各自在相关资料上进行试验。
米格-15和F-86佩刀的机翼实际上就是德国两项研究的各自应用。

翼刀的方案比较简单,在机翼上定几片铝合金片,用物理的方式阻挡附面层气流流过去。可靠性强,方法简单,成本低廉,因而在早期深受毛子喜爱。但是翼刀的方法并不靠谱,特别是战机机翼倾斜不规则运动时,难免还会绕行过去。另一方面当飞机速度越快,机翼后掠角度越大,飞行仰角越高。要想阻止附面层的流动性,翼刀的高度和层数要求也就越大,这在战机进行水平机动时,就相当于带着几块减速板进行盘旋,影响机动性能。
毛子到米格-17的时候,已经需要三段翼刀才能满足需求

而另一种思路就是机翼前缘控制技术,最主要的就是自动前缘缝翼。其装在机翼前缘,闭合时与机翼外形为一整体,使用时可以前伸与机翼间形成缝隙的翼面形增升装置。该缝翼是通过仰角和气压变化以机械方式进行自动调整,这种技术在机翼附面层处理上要远比翼刀出色的多。
缝翼顾名思义就是与主机翼中间产生缝隙,导入一股紧贴主机翼表面的气流,冲击附面层推迟机翼上方气流分离,相比于翼刀这种治标的做法,前缘缝翼是属于治本的方式。
F-86就是这种应用的结果

这种方式缺点就是垂直方向的升限和爬升性能会受到影响,相当于带着减速板爬升,同时容易产生震颤现象。这也是米格-15与F-86佩刀的较量中,一个水平盘旋强,一个垂直爬升强的部分原因。同时可靠性方面存在一定的问题,缝翼的控制和运动装置容易出现故障,因而故障率也较高。
需要注意的是,并不意味着前缘缝翼性能就好,F-86后期使用的6-3型机翼,这种机翼取消前缘缝翼,加装小翼刀,从而大幅度提升高空高速性能,但低空性能受到很大影响。

此外,随着气动研究的发展,新的机翼前缘气流控制方式逐渐应用,那就是就是前缘锯齿,在机翼外侧向前突出一段前缘,增加机翼弯曲变化,破坏附面层气流流速和流向。


法国的幻影F1机翼就是典型锯齿设计

随着战机速度越来越快,翼刀越来越难以满足需求,所以即使是苏联在后续战机设计时,也是把翼刀作为辅助手段和保险措施。
例如米格-21其实就是以缝翼为主,翼刀为辅的控制措施,只配有一个小翼刀来控制翼尖气流。


米格-23采用的前缘锯齿和缝翼的控制方式

到了计算机控制技术快速发展,之前由气压和仰角器通过机械控制缝翼变化的方式,变成可以由机载计算机根据实际情况进行自动控制。这也促使新的前缘襟翼的出现,与缝翼相比,襟翼与主机翼相连,他的作用效果虽然也不如缝翼,但是相当于在机翼前缘增加了一个控制机动面,对于战机整体机动性能改善有极大作用。
前缘襟翼最初主要是作为改善机动性能的手段,例如F-4鬼怪前缘襟翼就机翼外侧前缘那一段

随着电传飞控的完善,到了三代机时代,可以把整个机翼前缘都弄成前缘机动襟翼,交由飞控系统进行自动操控,极大的提高飞机的整体性能。
苏-27与F-16一样,将整个机翼前缘都做成前缘机动襟翼,将各种功能整合在一起,极大的提高战机的机动性能。


五岳掩赤城


你好,长安小师爷头条号作者为您回答这个问题,作为早先作战飞机尤其是喷气式战斗机上较为鲜明的一个设计特点,翼刀,它的出现本身就有一定的特殊性考虑,但这种结构设计并不是只有前苏联的飞机才有。我们知道任何飞机其迎风面也就是翼面前缘总会出现气流附着,这种气流的扰动并不是完全有害,但也不是完全有益的存在。

而翼刀就是将干扰飞机高速较大迎角飞行时产生的气流,避免因为它的干扰而加装的一种较为有效的设计,就是今天也有很多飞机有翼刀的设计,这种简便有效的设计也多用来应急之作。与翼刀产生相同作用的设计还有常见的其他两种形式,一种是前动前缘,也就是机翼前缘有一系列的机械设计,可以伸缩的结构设计。

还有一种是也是更为有效的所谓从根子上根除气流扰动的设计,这便是机翼前缘的锯齿状设计,这种设计现在在很多战机上都有体现,这种锯齿状的设计带来的另一个潜在好处则是利于现在所强调的隐身,当然还需要更好的优化表面外形。当然任何类似翼刀功用的设计,包括翼刀设计都不是完美的解决方案,这只能综合平衡取舍来制定最终方案。


长安小师爷


“战机机翼上装翼刀,那当然是为了空中拼刺刀,苏联战机凶狠的从美国战机机身下部冲刺而过,翼刀将美国战机轻松划破”。呵呵,这个只是开玩笑,设计战机时加装翼刀主要是两个方面:一是需要解决机翼某些结构性问题,通过翼刀来补强;二是产生有利于飞机的气动学作用,有利于飞行,当然主要是第二个方面。另外,有一个误区要解释以下,不仅是苏联早期的喷气式战机加装翼刀,美国、欧洲以及东面某大国都有部分战机加装翼刀,而且不只是过去加,现在有些也加。

看到正在组装的米格-31了吧,机翼上装的这个长条装物体就是翼刀。唉,多少年过去了,做工还是这般粗糙。

再来张米格-31整机的,你依然可以看到机翼上的翼刀,但是整机的做工依然让人不敢恭维。

这张是美国现役的F-18大黄蜂,你可以看到机翼上表面的翼刀,所以不仅仅是过去苏联战机有,现在美国战机也有。至于到底加不加翼刀,这要看需不需要,但真的不是为了在天上玩危险的“拼刺刀”。

总的来说,翼刀是为了影响机翼表面的空气流动特性,产生对飞机有利的涡流。

知识点

飞机机翼的表面会因为摩擦力而产生一种速度较慢的气流,这就是“附面层”,这层气流会沿着机翼向翼尖的方向移动和堆积,飞行速度越快,这种效应越明显,而飞机的升力本来就是靠机翼上下气流速度差提供,而上表面空气流速在翼尖方位逐渐严重下降,会导致升力降低,严重时可能会使飞机失速。

翼刀的出现就是为了解决这种现象,翼刀可以阻挡慢流速空气向翼尖移动,并且扰乱气流,达到气流的翼尖分离效果。至于美国有的战机上没有翼刀,是因为美国设计师设计了一套附面层控制系统,从压气机里引出部分气流,并在机翼前表面设置一排小孔,用高压气吹散附面层,所以美国战机装翼刀的比较少。


卫青点兵


翼刀只是在后掠翼上才会有,学名叫导流片。不知道哪个人叫翼刀的,引得一群人不明就里跟着乱叫。

由于后掠角引起速度矢量分解,提高了飞行速度。后掠翼因此延迟了激波的出现,降低了跨音速阻力。超音速飞机都带有后掠角。

后掠角有这么大的好处,也有相应的坏处。由于前缘气流速度分解,导致一部分气流沿翼展方向流动。由于没有流经机翼上表面,就不会产生升力。在翼尖部分就有气流分离,这就是失速。后掠翼容易产生翼尖失速。如果速度很高,失速面积就会扩大,飞机上仰,最终飞机因升力不足和不对称导致翻滚、进入螺旋。

为了避免气流向翼尖流动,一般有三种方法。一个是前缘缝翼,机理比较复杂,增加附面层能量,操纵结构增加飞机重量。第二个是机翼导流片,俗称翼刀。强行抑制气流沿翼展流动。第三种是前缘锯齿,形成漩涡,阻止气流沿翼展流动。

前缘锯齿出现的较晚。苏联设计力求简单,便于加工,降低生产成本。效果勉强可以。后期对飞机气动力研究深入,就不再热衷于翼刀了。


天明遥遥山海关



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