爲什麼蘇聯早期的噴氣戰機會裝上翼刀?

無盡悲涼是夜


當早期噴氣機開始採用後掠翼來減小激波阻力的時候,設計師發現了新問題:附面層氣流會沿後掠角向翼梢方向扭曲偏移,破壞了理想情況下與機身軸線平行經過機翼的氣流,從而導致機翼升力的下降和翼尖失速的風險。為了解決這個問題,西方主要採用前緣縫翼(比如F86)或附面層吸收結構,蘇聯則簡單粗暴的使用翼刀——相當於“建一堵牆”把有害氣流向翼梢流動的趨勢擋住、引導附面層氣流盡量與機身軸線平行的流動。但翼刀並不能完美解決問題,最終還是回到西方的道路上。所以三代機上翼刀就已經比較少見了。另外還有一種解決措施,和翼刀作用類似,就是機翼前緣鋸齒,比如鬼怪和殲轟七的機翼前緣。最後兩張圖是裝翼刀和不裝翼刀的氣流狀況,大家可以自己對比一下。








錫兵中士


因為西方國家採用的是前緣控制面的方式

這裡面,先要讚揚下二戰德國的航空工程師們,他們在高速飛行方面的探索可以說是劃時代的突破性。其中一個貢獻就是後掠翼,後掠翼降低激波阻力看似很簡單,但是將其實用化有一個很嚴重問題。那就是後掠翼高速飛行時,附面層氣流會沿著機翼向外運動,由此產生不穩定力矩,容易導致飛機失控。特別是飛機進行一定仰角飛行時,很容易進入危險的翼尖失速狀態。

對此漢斯的航空工程師試驗了兩種途徑可以改善這種情況,一是加裝翼刀,另一種就是自動縫翼。戰後蘇聯和西方國家實際上就是各自在相關資料上進行試驗。
米格-15和F-86佩刀的機翼實際上就是德國兩項研究的各自應用。

翼刀的方案比較簡單,在機翼上定幾片鋁合金片,用物理的方式阻擋附面層氣流流過去。可靠性強,方法簡單,成本低廉,因而在早期深受毛子喜愛。但是翼刀的方法並不靠譜,特別是戰機機翼傾斜不規則運動時,難免還會繞行過去。另一方面當飛機速度越快,機翼後掠角度越大,飛行仰角越高。要想阻止附面層的流動性,翼刀的高度和層數要求也就越大,這在戰機進行水平機動時,就相當於帶著幾塊減速板進行盤旋,影響機動性能。
毛子到米格-17的時候,已經需要三段翼刀才能滿足需求

而另一種思路就是機翼前緣控制技術,最主要的就是自動前緣縫翼。其裝在機翼前緣,閉合時與機翼外形為一整體,使用時可以前伸與機翼間形成縫隙的翼面形增升裝置。該縫翼是通過仰角和氣壓變化以機械方式進行自動調整,這種技術在機翼附面層處理上要遠比翼刀出色的多。
縫翼顧名思義就是與主機翼中間產生縫隙,導入一股緊貼主機翼表面的氣流,衝擊附面層推遲機翼上方氣流分離,相比於翼刀這種治標的做法,前緣縫翼是屬於治本的方式。
F-86就是這種應用的結果

這種方式缺點就是垂直方向的升限和爬升性能會受到影響,相當於帶著減速板爬升,同時容易產生震顫現象。這也是米格-15與F-86佩刀的較量中,一個水平盤旋強,一個垂直爬升強的部分原因。同時可靠性方面存在一定的問題,縫翼的控制和運動裝置容易出現故障,因而故障率也較高。
需要注意的是,並不意味著前緣縫翼性能就好,F-86後期使用的6-3型機翼,這種機翼取消前緣縫翼,加裝小翼刀,從而大幅度提升高空高速性能,但低空性能受到很大影響。

此外,隨著氣動研究的發展,新的機翼前緣氣流控制方式逐漸應用,那就是就是前緣鋸齒,在機翼外側向前突出一段前緣,增加機翼彎曲變化,破壞附面層氣流流速和流向。


法國的幻影F1機翼就是典型鋸齒設計

隨著戰機速度越來越快,翼刀越來越難以滿足需求,所以即使是蘇聯在後續戰機設計時,也是把翼刀作為輔助手段和保險措施。
例如米格-21其實就是以縫翼為主,翼刀為輔的控制措施,只配有一個小翼刀來控制翼尖氣流。


米格-23採用的前緣鋸齒和縫翼的控制方式

到了計算機控制技術快速發展,之前由氣壓和仰角器通過機械控制縫翼變化的方式,變成可以由機載計算機根據實際情況進行自動控制。這也促使新的前緣襟翼的出現,與縫翼相比,襟翼與主機翼相連,他的作用效果雖然也不如縫翼,但是相當於在機翼前緣增加了一個控制機動面,對於戰機整體機動性能改善有極大作用。
前緣襟翼最初主要是作為改善機動性能的手段,例如F-4鬼怪前緣襟翼就機翼外側前緣那一段

隨著電傳飛控的完善,到了三代機時代,可以把整個機翼前緣都弄成前緣機動襟翼,交由飛控系統進行自動操控,極大的提高飛機的整體性能。
蘇-27與F-16一樣,將整個機翼前緣都做成前緣機動襟翼,將各種功能整合在一起,極大的提高戰機的機動性能。


五嶽掩赤城


你好,長安小師爺頭條號作者為您回答這個問題,作為早先作戰飛機尤其是噴氣式戰鬥機上較為鮮明的一個設計特點,翼刀,它的出現本身就有一定的特殊性考慮,但這種結構設計並不是只有前蘇聯的飛機才有。我們知道任何飛機其迎風面也就是翼面前緣總會出現氣流附著,這種氣流的擾動並不是完全有害,但也不是完全有益的存在。

而翼刀就是將干擾飛機高速較大迎角飛行時產生的氣流,避免因為它的干擾而加裝的一種較為有效的設計,就是今天也有很多飛機有翼刀的設計,這種簡便有效的設計也多用來應急之作。與翼刀產生相同作用的設計還有常見的其他兩種形式,一種是前動前緣,也就是機翼前緣有一系列的機械設計,可以伸縮的結構設計。

還有一種是也是更為有效的所謂從根子上根除氣流擾動的設計,這便是機翼前緣的鋸齒狀設計,這種設計現在在很多戰機上都有體現,這種鋸齒狀的設計帶來的另一個潛在好處則是利於現在所強調的隱身,當然還需要更好的優化表面外形。當然任何類似翼刀功用的設計,包括翼刀設計都不是完美的解決方案,這隻能綜合平衡取捨來制定最終方案。


長安小師爺


“戰機機翼上裝翼刀,那當然是為了空中拼刺刀,蘇聯戰機兇狠的從美國戰機機身下部衝刺而過,翼刀將美國戰機輕鬆劃破”。呵呵,這個只是開玩笑,設計戰機時加裝翼刀主要是兩個方面:一是需要解決機翼某些結構性問題,通過翼刀來補強;二是產生有利於飛機的氣動學作用,有利於飛行,當然主要是第二個方面。另外,有一個誤區要解釋以下,不僅是蘇聯早期的噴氣式戰機加裝翼刀,美國、歐洲以及東面某大國都有部分戰機加裝翼刀,而且不只是過去加,現在有些也加。

看到正在組裝的米格-31了吧,機翼上裝的這個長條裝物體就是翼刀。唉,多少年過去了,做工還是這般粗糙。

再來張米格-31整機的,你依然可以看到機翼上的翼刀,但是整機的做工依然讓人不敢恭維。

這張是美國現役的F-18大黃蜂,你可以看到機翼上表面的翼刀,所以不僅僅是過去蘇聯戰機有,現在美國戰機也有。至於到底加不加翼刀,這要看需不需要,但真的不是為了在天上玩危險的“拼刺刀”。

總的來說,翼刀是為了影響機翼表面的空氣流動特性,產生對飛機有利的渦流。

知識點

飛機機翼的表面會因為摩擦力而產生一種速度較慢的氣流,這就是“附面層”,這層氣流會沿著機翼向翼尖的方向移動和堆積,飛行速度越快,這種效應越明顯,而飛機的升力本來就是靠機翼上下氣流速度差提供,而上表面空氣流速在翼尖方位逐漸嚴重下降,會導致升力降低,嚴重時可能會使飛機失速。

翼刀的出現就是為了解決這種現象,翼刀可以阻擋慢流速空氣向翼尖移動,並且擾亂氣流,達到氣流的翼尖分離效果。至於美國有的戰機上沒有翼刀,是因為美國設計師設計了一套附面層控制系統,從壓氣機裡引出部分氣流,並在機翼前表面設置一排小孔,用高壓氣吹散附面層,所以美國戰機裝翼刀的比較少。


衛青點兵


翼刀只是在後掠翼上才會有,學名叫導流片。不知道哪個人叫翼刀的,引得一群人不明就裡跟著亂叫。

由於後掠角引起速度矢量分解,提高了飛行速度。後掠翼因此延遲了激波的出現,降低了跨音速阻力。超音速飛機都帶有後掠角。

後掠角有這麼大的好處,也有相應的壞處。由於前緣氣流速度分解,導致一部分氣流沿翼展方向流動。由於沒有流經機翼上表面,就不會產生升力。在翼尖部分就有氣流分離,這就是失速。後掠翼容易產生翼尖失速。如果速度很高,失速面積就會擴大,飛機上仰,最終飛機因升力不足和不對稱導致翻滾、進入螺旋。

為了避免氣流向翼尖流動,一般有三種方法。一個是前緣縫翼,機理比較複雜,增加附面層能量,操縱結構增加飛機重量。第二個是機翼導流片,俗稱翼刀。強行抑制氣流沿翼展流動。第三種是前緣鋸齒,形成漩渦,阻止氣流沿翼展流動。

前緣鋸齒出現的較晚。蘇聯設計力求簡單,便於加工,降低生產成本。效果勉強可以。後期對飛機氣動力研究深入,就不再熱衷於翼刀了。


天明遙遙山海關



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