[科普中國]-梯形翼

簡介

超聲速飛行時(shí)，機(jī)翼只要“躲”在激波錐的鋒面之后，就可以避免產(chǎn)生激波阻力。也就是說，翼展較短的機(jī)翼也同樣可以達(dá)到降阻的作用。為了盡量增加翼面積以保證提供足夠的升力，機(jī)翼的弦長可以增加，甚至把平直的后緣前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角減阻，但大后掠角帶來較大的展向分量，造成升力損失，尤其在低速的時(shí)候，大后掠角使很大一部分迎面氣流都“溜肩”損失掉了，造成低速時(shí)升力不足的問題，所以大后掠翼飛機(jī)的起飛、著陸速度一般比較高，機(jī)動(dòng)性不夠好。
三角翼也有同樣的問題。相比之下，梯形翼不靠后掠角減阻，所以機(jī)翼前緣的后掠角可以較小，在性質(zhì)上更加接近同樣翼展下的平直翼，升力較好。不過梯形翼的翼展受到限制，所以最后結(jié)果并不一定優(yōu)于大后掠翼或者三角翼。

和三角翼相比，梯形翼的使用比較少，但還是有一些忠實(shí)的信徒，尤其是諾斯羅普，F(xiàn)-5 和F-18 都是梯形翼。洛克希德的F-104 也是梯形翼，但 F-22 已經(jīng)超出傳統(tǒng)梯形翼，而是介于梯形翼和三角翼之間了1。

機(jī)翼機(jī)翼是飛機(jī)的重要部件之一，安裝在機(jī)身上。其最主要作用是產(chǎn)生升力，同時(shí)也可以在機(jī)翼內(nèi)部置彈藥倉和油箱，在飛行中可以收藏起落架。另外，在機(jī)翼上還安裝有改善起飛和著陸性能的襟翼和用于飛機(jī)橫向操縱的副翼，有的還在機(jī)翼前緣裝有縫翼等增加升力的裝置。

飛機(jī)上用來產(chǎn)生升力的主要部件。一般分為左右兩個(gè)翼面對稱地布置在機(jī)身兩邊。機(jī)翼的一些部位主要是前緣和后緣可以活動(dòng)。駕駛員操縱這些部分可以改變機(jī)翼的形狀控制機(jī)翼升力或阻力的分布以達(dá)到增加升力或改變飛機(jī)姿態(tài)的目的。機(jī)翼上常用的活動(dòng)翼面有各種前后緣增升裝置、副翼、擾流片、減速板、升降副翼等。機(jī)翼內(nèi)部經(jīng)常用來放置燃油。在機(jī)翼厚度允許的情況下飛機(jī)主起落架也經(jīng)常是全部或部分地收在機(jī)翼內(nèi)。此外許多飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)或是直接固定在機(jī)翼上或是吊掛在機(jī)翼下面。

機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理可通過牛頓第三定律和伯努利定律來解釋。當(dāng)平行于翼弦方向的氣流（在此將其視為不可壓流）流經(jīng)機(jī)翼時(shí)，由于機(jī)翼的阻礙導(dǎo)致流管截面變小，而導(dǎo)致機(jī)翼上下表面的空氣流速均增加。但由于機(jī)翼上表面的彎度大于下表面彎度，根據(jù)伯努利定律可知上表面氣流的流速整體上要高于下表面氣流速度，也就是說氣流作用在機(jī)翼上表面的靜壓整體上小于作用在下表面上的靜壓。由于上下表面壓差的存在，使得機(jī)翼最終受到向上的合力，亦即升力。

當(dāng)然隨著機(jī)翼相對氣流迎角的變化，翼型周圍的空氣流場也會發(fā)生明顯變化。當(dāng)機(jī)翼攻角增大時(shí)，由于翼型對氣流的阻礙作用致使氣流下洗，使得前緣附近氣流駐點(diǎn)相對于前緣位置下移，從而導(dǎo)致更為明顯的升力效應(yīng)。而當(dāng)機(jī)翼攻角減小甚至為負(fù)值時(shí)，翼型彎度的作用將被削弱，即升力減小直至產(chǎn)生負(fù)升力。

機(jī)翼分類機(jī)翼的幾何特性包括機(jī)翼的平面形狀和前視形狀。所謂機(jī)翼的平面形狀，是指從飛機(jī)頂上看下來機(jī)翼在平面上的投影形狀。按照平面形狀的不同，機(jī)翼可分為:矩形機(jī)翼、橢圓形機(jī)翼、梯形機(jī)翼、后(前)掠機(jī)翼和三角形機(jī)翼等，如圖所示;前3種形狀主要用于低速飛機(jī)，而后2種形狀則主要用于高速飛機(jī)。

應(yīng)用F-5F-5起源于諾斯羅普公司于1955年展示的N-156設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)目標(biāo)是一種低成本、維護(hù)簡單的戰(zhàn)斗機(jī)。美國陸軍曾對這型飛機(jī)的對地支援功能有興趣，可是開發(fā)固定翼飛機(jī)是美國空軍的責(zé)任，他們不愿意也不同意讓陸軍在對地支援中使用固定翼作戰(zhàn)飛機(jī)。而美國空軍自己也看不上這款“簡陋”的飛機(jī)。盡管從未成為美軍第一線戰(zhàn)機(jī)，但是F-5卻在美國眾多盟友中得到廣泛使用。當(dāng)肯尼迪政府提出“軍事支援計(jì)劃”后，美國需要一種低成本戰(zhàn)斗機(jī)銷售給發(fā)展中國家。其中N-156F在眾多競爭者中最被看好，后來成為整個(gè)系列中的第一型——F-5A戰(zhàn)機(jī)。F-5A的第一份生產(chǎn)合同在1964年簽訂，而第一筆海外訂購合同由挪威在1964年2月簽署。到1972年生產(chǎn)結(jié)束為止，總共生產(chǎn)了636架F-5A/B，包括200架雙座F-5B。這些F-5B主要是擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)訓(xùn)練用，拆除機(jī)頭的M39航炮，但仍保有一般作戰(zhàn)能力。

F-5系列戰(zhàn)斗機(jī)種最主要的改進(jìn)型便是F-5E/F，其中F-5E是單座戰(zhàn)斗機(jī)，F(xiàn)-5F則是雙座戰(zhàn)斗教練機(jī)。這是一種空戰(zhàn)增強(qiáng)型，機(jī)身加長，翼展增大，機(jī)翼邊條也增大，最大飛行速度從A/B型的1.4馬赫提高到1.6馬赫。F-5E/F機(jī)翼幾何形狀為梯形，根梢比較大，前緣后掠角為24度。F-5E/F飛機(jī)在美國的“二流盟友”中得到了廣泛使用。

整個(gè)F5系列（包含YF-17），諾斯羅普的設(shè)計(jì)思想都在于：采用大展弦比（以超聲速戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)來說）、較小前緣后掠角度的梯形機(jī)翼（實(shí)際上屬于平直翼類別）設(shè)計(jì)，獲得很高的亞聲速升力效率；同時(shí)采用較小的機(jī)翼面積設(shè)計(jì)，以減輕結(jié)構(gòu)重量，壓縮機(jī)翼的翼展和在空氣中的浸潤面積，減小高速、高機(jī)動(dòng)狀態(tài)下的阻力。2

F-104F-104星式戰(zhàn)斗機(jī)（F-104 Starfighter）是美國洛克希德公司制造的，其設(shè)計(jì)一反當(dāng)時(shí)美國空軍朝向更大更重的趨勢，強(qiáng)調(diào)重量輕與簡單，被認(rèn)為是朝鮮戰(zhàn)爭經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)作品，是世界上第一架擁有兩倍音速速度的戰(zhàn)機(jī)，并在1960年代長期保持升速、航高（10萬英尺）的紀(jì)錄。也外銷到許多國家，并且成為北約會員國的主要戰(zhàn)術(shù)核子武器投射力量。有“寡婦制造機(jī)”、“人肉導(dǎo)彈”等綽號。

F-104采用正常布局，單發(fā)單座，兩側(cè)半圓帶調(diào)節(jié)錐進(jìn)氣道，機(jī)翼為帶大下反角的小展弦比梯形翼，高平尾布局（亦稱T形尾翼布局）。為了減低超音速阻力，機(jī)翼的相對厚度很小，只有3.36%（后期機(jī)種增厚）。在美國電影“星戰(zhàn)F-104”（原文THE STARFIGHTERS）中，則有以F-104機(jī)翼切割紙張之畫面。為了使機(jī)翼輕簿而具備足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，整個(gè)機(jī)翼是由實(shí)心鋼板銑削而成的。為了減小跨音速阻力，其機(jī)身細(xì)長，并具備符合跨音速面積率的蜂腰設(shè)計(jì)。為了抑制飛機(jī)在俯仰軸和航向軸產(chǎn)生耦合動(dòng)作（荷蘭滾）的趨勢，機(jī)翼采用了高達(dá)10度的下反角以提升其滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。