03.07 为什么现代战斗机不再使用变后掠翼设计?

用户5780196713


(F14战机)

可变后掠翼飞机,在上世纪6、70年代左右曾大规模兴起,美苏纷纷研制出米格23、苏17、苏24等可变后掠翼战机,而英德等国也联合研制了“狂风”可变后掠翼飞机。可变掠翼飞机在当时兴起的主要原因是这种设计兼顾了飞机高空高速与低空低速飞行这两种相互矛盾的组合。

(二代机的高速飞行与低速机动矛盾很严重)

众所周知大后掠翼能降低飞机激波阻力,适合超音速飞行,而平直翼在低速时升力系数大,低空低速操控性能优异。许多第二代战机F4、米格21都有着低空低速机动性能差的弱点,在越南战争中F4甚至一度在低空低速机动中被第一代的米格17、米格19压制;而传统的战术轰炸机也需要兼顾高空高速飞行与低空突防,对低空机动性也有了要求,于是可变后掠翼技术的出现完美解决了这两种问题。

(低速飞行的F14,机翼展开,升力系数高)

通过翼根或翼中段设计转动结构,可以让飞机机翼变成不同后掠角的形状,当需要高速飞行时,机翼就大角度后掠飞行;当需要低速飞行时,机翼就展开变成平直状态,增加低速升力。其中最典型的代表就是F14“雄猫”战机,F14作为一款重达19吨的重型双发战机,不但拥有优异的超音速性能,而且低空机动性能也非常好,甚至不亚于以低空机动见长的F18“大黄蜂”,在着舰时,F14的最低速度比F18还要低15公里/小时,足见其低空性能的优秀。并且可变掠翼在小后掠角状态时,由于相对厚度、展弦比大、升力高,可以充分发挥襟翼的增升效果,因此F14、狂风战机都在机翼上设计了全展襟翼。

(可变掠翼飞机无法在机翼上外挂武器)

可变掠翼虽然拥有以上优点,但是缺点同样致命。复杂的传动结构带来的是比较高的故障率和增加飞机重量,F14高达19吨的空重甚至比苏27还要高3吨,过高的重量增加了机翼翼载,一度程度上抵消了可变掠翼在机动性的优势。并且可变掠翼无法在机翼上设计外挂点,浪费了战术飞机上本就不富裕的外挂点,F14只能在机腹、翼根处设计外挂点。而随着先进电传操控系统、矢量发动机技术的兴起,作战飞机即使不采用可变掠翼技术,依然能够在保证高速性能的情况下,保持较好的低空操控性能,并且重量代价远低于可变掠翼技术,因此可变掠翼技术也就没人采用了。


区域拒止


变后掠机翼是人类航空史上的一个重要的发明,俄罗斯还专门为变后掠飞机划了一代,这也是为什么俄方的飞机划代比美国多一代的缘故。


F14可变后掠翼飞机。

变后掠机翼的跨音速和超音速性能较好,因为机翼后掠,可以增大飞机的临界马赫数,并降低飞机的激波阻力。而在低速下的升力系数则比较小,可变后掠翼的出现兼顾了飞机在低速和高速下的飞行性能。

但为什么现在战斗机不采用可变后掠机翼了呢?

B1B枪骑兵,近些年来美军出现故障最多的飞机。

机翼是飞机升力的主要产生部分,在飞行中受到的力很大,这就要求了可变后掠翼的转动结构必须要足够坚固,而为了增加转动结构的强度,就必须要增大重量,这是飞机所不能忍受的。

况且可变后掠翼的机翼的翼载很小,不能挂载更多的弹药。

米格23战斗机。

复杂的转动结构又造成了生产困难和维护困难。而这也并不能减少飞机的重量问题。

所以现代战机就取消了可变后掠翼,而直接采用后掠机翼,这是因为随着空气动力学,边条翼,航发的发展,可变后掠翼在低速下的劣势可以得到有效的弥补。


空l天


这个问题非常好,以往世界上曾经出现过几款可变后掠翼飞机,比如说美国的F111战斗机,B1枪骑兵轰炸机,还有大名鼎鼎的F14雄猫战斗机,苏联的图160轰炸机等等,那么可变后掠翼飞机与固定翼飞机有什么区别呢,大家可能知道,后掠翼在超音速飞行时激动性能比较好,

这种机翼的外形特点是,其前缘和后缘均向后掠。机翼后掠的程度用后掠角的大小来表示。 与平直机翼相比,后掠翼的气动特点是可增大机翼的临界马赫数,并减小超音速飞行时的阻力。 飞机在飞行中,当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时,机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响,其速度将会超过音速,出现局部激波,从而使飞行阻力急剧增加。



后掠翼由于可使垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度,因而与平直机翼相比,只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波(即提高了临界马赫数),从而推迟了机翼面上激波的产生,即使出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻力。 而平直翼飞机更适合与低速飞行。而可变后掠翼飞机解决了这个问题,机翼既能扁平直又可后掠。
但是这种飞机缺点很多,结构复杂,增加重量,而随着发动机矢量喷嘴技术、电传操纵技术等的出现平直翼与后掠翼的矛盾已经得到解决,所以现在这种飞机就比较少了。


思。 源


图注:采用变后掠翼设计的米格-23战斗机

在飞机的设计工作中,有一个不易克服的矛盾:要想提高飞行马赫数,就必须选用大后掠角、小展弦比的机翼,以降低飞机的激波阻力,但此类机翼在亚音速状态时升力小,诱导阻力较大,存在效率低的问题。而要同时满足飞机对超音速飞行、亚音速巡航和短距起降的要求,最好是让不同的后掠角去适应不同的飞行状态。

上世纪60年代,实用的后掠翼飞机被设计了出来。它的变后掠翼的内翼是固定的,外翼同内翼用铰链轴链接,通过液压助力器操纵外翼前后变动,以达到改变后掠角的目的,一定程度上解决了上述矛盾。随后这项技术风靡一时,米格-23、F-14“熊猫”、狂风战斗机都采用了可变后掠翼设计。

但是,采用变后掠翼技术的飞机虽然可以兼顾低速和高速飞行性能,但它机构复杂,故障率也比较高,而且复杂的变翼机构增加了飞机的死重,限制了飞机载荷、外形、隐身等一系列性能的提高,这对飞机设计是非常不利的。

后来,随着现代空气动力学和航空发动机技术的高速发展,相当程度上解决了小型飞机兼顾高低速飞行和控制的问题,如采用几何可变机翼(翼面扰流板、前缘机动襟翼等)、升力机身、边条等技术手段。与高后掠角度的可变后略机翼设计相比,不但部分解决了常规机翼低速飞行时的升力问题,也解决了高后掠角度的可变后略机翼结构重量高、制造费用高的问题。此后,三角翼、几何可变机翼与后掠角度小于45度的梯形翼成为设计的主流,世界上目前再也没有新的可变后掠翼战术飞机的研发计划了。


兵工科技


变后掠翼曾经是各大国争相研制的一类飞机。优点是不同飞行速度下表现都良好。缺点非常要命,结构死重很大,维护起来十分复杂。现在的设计可使用边条翼改善大迎角性能产生涡升力。发动机推力也不像以前那么小了。可变翼相比之下优势就不太多了。冷战结束后对高速拦截这种作战基本没什么太大需求的了,另外新的5代机需求完全不同,可变翼设计和这个需求向反。重新设计基本是添更多的坑,实在难度过大。

空气动力学以前还不能解决各种翼型带来的适应性问题。最后只能发展出可变后掠翼这种复杂的翼型。但现在只需普通的边条翼就能实现以前多种翼型所具备的各种优点。可变后掠翼看起来科技感十足,但结构非常复杂。维护起来简直是地勤的噩梦。虽然飞行员喜欢可变翼飞机,但地勤无一不讨厌这种飞机。过去的飞机是稳定飞控,现在是不稳定飞控,全数字计算机控制,想飞什么花样都可以实现。而且可变翼设计不利于应用于隐身机上。

可变后掠翼可以高低速兼顾使用。低速时机翼尽量伸长,提高升力。高速飞行时机翼会旋转到大后掠角,阻力低速度快。缺点不用说,得加一套转动结构,这个结构重量很大。机翼变化时会影响飞机的重心,飞机的升力中心会因此改变,操作起来十分麻烦,因为这改变了飞机飞行状态。现在的飞机通过边条翼也可达到此效果。已经不需要用复杂的变后掠翼的方案兼顾高低速使用,所以再没有发展这种变翼飞机。


楠竹一


采用变后掠翼的战机在上世纪的60-70年非常火,北约与华约组织都有同样类型的战机。这种布局有一个最大的优点就是它可以兼顾飞机的高速和低速性能,通过改变机翼的不同掠角,来适应不同的速度,这样可以在不同环境下的空战中都获得一定的飞行优势。但是这种变后掠翼的结构比较复杂,而在变后掠翼战机出世的年代,无论是材料还是工艺都达不到减重的要求,因此变后掠翼机构过于笨重。所以像轻型战机,体积比较小的战机如果采用这种布局就会抵消它轻便的优势,本来要求机动灵活,结果你要满足速度要求,加了掠翼直接把重量给加上去了,得不偿失。所以从第四代战机开始,已经不再采用这种布局了。

对于轰炸机来说,采用变后掠翼到是没啥问题。因为本来重量就很大,再加一点也无所谓。不过目前更新一代的轰炸机还都没有面世,自然也就看不到新机型采用这种布局。但是我们还是能从B-1B与图-160身上看到这种设计。这主要是因为随着现代空气动力学和航空发动机技术的高速发展,已经解决了战机兼顾高低速飞行时的控制问题,常规机翼设计也能解决升力问题,因此就没有再费力不讨好的再玩变后掠翼了。

目前,仍然服役的变后掠翼战机主要集中在伊朗,该国的F-14A战机仍在服役;英德意的狂风战机;还有俄罗斯的苏-24MK击剑手战斗轰炸机。而从苏-27、苏-30、F-16、F-15之后全新的变后掠翼战机已经没有了。澳大利亚的F-111也在2011年左右全部退役了。


陶德中士


我是军林纵横!

机翼分类最通用的,是按照平面形状分类,分为平直翼、后掠翼、前掠翼、三角翼、菱形翼等。所谓的变后掠翼,缘于“变”字,其较之一般的机翼设计还是存在较大差异的,就是机翼后掠角在飞行中可以改变的机翼。

F111

从外形看起来,机翼外形有平直、三角、后掠、前掠等,可谓是五花八门。但不论采用什么样形状,都必须具有良好气动外形,且结构重量尽可能轻。以达成升力大、阻力小、稳定操纵性好等目的。


变后掠翼这种设计,是为了让机翼变后掠,用不同的后掠角去适应不同的飞行状态。因为大后掠角、小展弦比的机翼,可以降低飞机的激波阻力,提升飞行速度;但此时机翼在亚音速状态时升力较小,诱导阻力较大,效率不高。于是有了变后掠翼飞机——内翼段固定,外翼同内翼用铰链轴连接,通过液压助力器操纵外翼前后转动,改变外翼段的后擦角和整个机翼的展弦比。

狂风战机

世界上第一种变后掠翼战斗机F-111,由美国通用动力公司于1965年研制成功的。

米格23、F14“雄猫”、狂风战斗机都是典型的变后掠翼战斗机。但是,变后掠翼的缺点是,结构和操纵系统复杂,重量较大,故障率比较高。要命的是复杂的机构设计限制了飞机的载荷、外型、隐身等一系列性能提高。

这些都与如今先进战机的设计理念格格不入。而随着空气动力学、航空技术等的不断发展,现在采用的诸如前缘机动襟翼、升力机身、边条翼等技术手段后,某种程度解决了兼顾高低速度下的飞行与控制问题。

F14

正因此,变后掠翼的时代已经过去,因为难以满足对最新战机的全方位要求!


军林纵横


可变后掠翼最早可以追溯到二战末期德国人研制的P.1101原型机,可惜该机没来得及面世战争就结束了。战后,这些德国“黑科技”顺理成章的成为美国人的遗产。50年代,贝尔X-5试验机研究的正是可变后掠翼,它有三个机翼后掠角度:20°、40°、60°。进入60年代后,可变后掠翼才被美苏发扬光大,这个时候诞生了苏-17、苏-24、F-111、米格-23等机型......70年代的F-14、B-1、狂风,以及最后的可变后掠翼图-160。

贝尔X-5

这些机型的诞生时期主要集中于60~70年代,即便图-160也是在60年代就开始研究工作了,主要被截击机和轰炸机使用,多数能飞出两马赫以上的速度。可以说这种技术毕竟是60年代的技术,随着技术的发展已经不再适用于现代战斗机了。当时可变后掠翼为的是兼顾飞机的高速性能和低速性能,因为后掠翼更适合高速飞行,而小的后掠角度能使飞机在起降阶段获得更大的升力,有利于降低飞机的起飞着陆速度。

F-14不对称机翼

当然了,可变后掠翼的缺点也不少:可变后掠翼机翼很重而且机械复杂,影响性能和维护;后掠部分占据了机翼内部太多的空间,这些空间原本可用来储存燃油;机翼后掠部分很难设置挂点,影响载荷。随着空气动力学和发动机技术不断取得进步,可变后掠翼设计逐渐被弃用。另外,新型战斗机对于速度的追求不再像过去那样,而更加看重隐身,可变后掠翼几乎不可能实现隐身,因此新型战斗机上自然不再使用这种机翼了。


希弦


而至于现代战机为何不再使用变后掠翼这种设计,这主要是变后掠翼这种设计无法满足现代战机的需求!首先一点便是结构过于复杂!尽管在机动性上有着强大的优势,但机翼的结构却是极其复杂!由于整个机翼的重量都集中在旋轴上,而机翼又必须灵活的转动,这就要求在机身内需要安装一个强有力的驱动装置来保证机翼的灵活旋转!而且若是挂载导弹的话,那还需要一个协调装置来保证导弹和油箱等挂载物能顺着气流的方向,不至于影响战机的飞行速度。之前就有玩笑称F-14战机退役最开心的肯定是海军的维护人员,毕竟没谁会喜欢平白增加自己的工作量!


其次是重量!这是变后掠翼结构复杂的一个附带弊端,这种设计比普通战机多了一大堆的零件,在重量上当然也会重很多,像F-16这种轻型战机是不会采用变后掠翼这种结构的!而且由于加大了战机本身的重量,那势必在载重方面也会有所影响,大大影响战机的作战效率!

况且现在的第四代战机都讲究隐身效果!变后掠翼这种设计当然是不利于隐身的!翼身融合才是当今战机设计的主流,可以说变后掠翼理念的淘汰正是时代所作出的选择!


DS军美


上个世纪70年代,军用航空器尤其是战斗机和轰炸机都非常注重高速飞行能力,从而能够面对强大对手时,可以进行高速突防任务。为了确保这种高速飞行能力,在当时的发动机技术和空气动力学技术条件下,切实可行的技术方案就是采用大后掠机翼,这样有利于降低波阻,从而实现高速飞行能力。

不过这种大后掠机翼虽然具有降低波阻的能力,适合高速飞行,却是具有一个天然的缺点,那就是不适合低速飞行,尤其是低速降落阶段,升力系数比较低,为了解决这一问题,工程界就发展出了这种可变后掠机翼技术。

但是在当前的时代,绝大多数战斗机都追求跨音速高机动飞行能力,也就是0.8-1.2倍音速范围内的超机动飞行能力,不再是2.0被音速以上的飞行能力。除此之外,得益于高性能的电传操纵系统介入,使得这种后掠机翼的战斗机在低速飞行时同样具备较好的操作性能。

因此,这种可变后掠技术就慢慢的不再使用了。


OK,关于问题就回答到这里吧。😊

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