自從飛機從雙翼(甚至多翼)發展到
單翼之後,機翼的安裝位置就有了講究。以機身中線為界,有“上,中,下”三種安放位置(你確定不是上,中,下三路劍法?手動滑稽)。那麼,對作為“高深莫測的前沿科學”的“空氣動力學”來說,飛機機翼安裝的位置哪怕一丁點的改變都會讓“飛行效果”產生翻天覆地的變化,更不用說是機翼安放位置從“上(上單翼)“換到“中(中單翼)”再換到“下(下單翼)”這樣超級大的改變了。![我這無處安放的翅膀——淺析戰鬥機機翼的三種安裝位置的優與劣](http://p2.ttnews.xyz/loading.gif)
雙翼機的機翼的安裝位置基本都一樣
那麼這三種安放位置到底有什麼優劣呢,下面讓我一一道來。
上單翼佈局
所謂的上單翼佈局,指的就是機翼位置在機身中線以上(一般位於機身頂部),細心的小夥伴們會發現,所有的單翼軍用運輸機採用的都是上單翼佈局。
![我這無處安放的翅膀——淺析戰鬥機機翼的三種安裝位置的優與劣](http://p2.ttnews.xyz/loading.gif)
軍用運輸機採用的都是上單翼佈局
這其實和“上單翼的特點”和“軍用運輸機的使用方式”有著密切關係。對於軍用運輸機來說,上單翼佈局具有“結構簡單,重心低機穩定性好”的優點。而且造價更低,飛行安全性更好,對惡劣天氣的適應性更高。
惡劣天氣下起飛的安124
此外就是上單翼佈局的運輸機,機翼和機身形成一個較完整的升力面,機身的升阻比一般都比較高,最大載重量可以更高一些(或者同等載重更省油)。
上單翼的飛機航程和載重都很不錯
第三個優點就是對機場的適應性好。上單翼佈局的運輸機,因為機翼位於機身頂部,機翼離地高度是最高的,掛載的發動機離地高度也是更高(運輸機一般都是超大直徑的高涵道比的發動機,只能掛在機翼下),可以有效避免吸入砂石,泥土等雜物,這就避免了因為“發動機損傷”而造成的不必要的延誤和損失。這對於軍用運輸機很重要,畢竟軍用運輸機經常會在一些條件非常差的前線機場進行起降。
簡易機場起飛的C17運輸機
最後,上單翼運輸機的發動機離地更高,允許將機身設計得儘可能地離地面更近一些,這樣貨艙離地面的高度就可以大幅度降低,可以更加快速的裝運大型設備(尤其是在缺少輔助工具的前線機場)。此外,上單翼飛機的機翼一般都帶下反角,低空穩定性有保證,而且對側風不敏感,適合執行低空空投等任務。這些都是下單翼飛機所無法比擬的。
進行大型貨物裝卸的安124
除了軍用運輸機外,部分戰鬥機也會採用上單翼佈局。對於採用上單翼佈局的戰鬥機來說,上單翼佈局具有升阻比大,可以在同等發動機推力的情況下攜帶更多更重的載荷。而且由於機翼離地更高,可以攜帶超大型的外掛(武器或副油箱),提高了戰鬥機執行任務的靈活性或提升了戰鬥機作戰半徑。
上單翼佈局的飛豹掛載非常靈活
比如飛豹能以兩臺“單臺加力推力”僅91.1KN的WS9發動機便能攜帶最大10噸的彈藥,其上單翼的氣動佈局功不可沒,這要大大超過採用“中單翼佈局”的蘇34戰鬥轟炸機的8噸載彈量(要知道蘇34兩臺發動機的總推力要比飛豹大百分之五十)。事實上,“大部分”對地攻擊為主的戰鬥機都採用上單翼佈局,比如飛豹殲擊轟炸機,美洲虎戰鬥機轟炸機,美製F111戰鬥轟炸機等(當然也有部分對地機型不是)。
上單翼佈局的美洲豹戰鬥轟炸機
F111也是上單翼
在上單翼佈局的缺點方面。首先是機動性較差,從氣動角度講,上單翼佈局戰鬥機的“升力作用點”在重心之上,這會讓飛機有一定的
“自主橫向姿態修正”的效果(簡單來說就是比較穩,戰機屬於穩定體),而這會對戰鬥機進行類似橫滾等機動帶來不好的影響(簡而言之,機動性比較差),這對於空優戰鬥機就比較致命了。上單翼的蘇24,空戰性能出了名的差
一般來說,空優戰鬥機基本不會採用上單翼佈局。如果一定要採用上單翼佈局,為了提升機動性,一般都需要輔以其它手段來改善這個問題(比如戰鬥機採用靜不穩定設計,採用多餘度電傳操縱,加裝鴨翼,使用推力矢量發動機等等)。但這對一個國家的研發實力要求非常高。
殲20就是上單翼佈局
其次就是低空容易失速。尤其是低空氣流條件極其複雜的地面,這個缺點會更為致命,造成飛豹頻頻墜機的真正元兇正是這個。“飛豹天生就是為海軍設計”說法其實不無道理(海平面的氣流條件相對要好很多)。要緩解這個問題,最終的手段就是採用多餘度電傳操縱進行自動限制避免在低空進入失速。
低空突防的飛豹
中單翼佈局
中單翼佈局是指機翼安裝在機身中線部位,是比較中庸的設計,大部分的戰鬥機都喜歡採用中單翼佈局,比如F15,F16,蘇27等。
中單翼設計的蘇27
中單翼戰鬥機“機翼與機身間的干擾阻力”是三種佈局裡最小的,而且通過採用翼身融合技術,將機翼和機身融為一體,可以極大地提升飛行升力,提高升阻比,可以有效增加戰機的載荷(或者相同載荷下延伸戰機的作戰半徑);此外由於機翼安裝位置僅比上單翼低了一點點,對於戰鬥機機翼的武器裝備外觀影響不大,可以正常掛載所有的彈藥和裝備。
中單翼佈局的F16
中單翼戰鬥機的重心比機翼平面只稍微低了一丁點,讓飛機的橫向穩定性變得可以控制,中單翼的戰鬥機往往能兼顧機動性和穩定性的需求,對飛行員的要求較低。
中單翼戰鬥機“起落架的收放”也比較容易處理,輪胎放進機身,起落架撐杆則收回到機翼內,輪胎部分甚至不需要整流罩。
中單翼佈局的F15
而缺點方面,中單翼戰鬥機的翼梁要橫穿過機身中部,對機身內部空間的利用會有一定的影響,這對於非隱身戰鬥機影響還不算大;但對於中單翼隱身戰鬥機影響就比較大了,其“作戰半徑”和“內置載彈量”都會小於同規格的上單翼隱身戰鬥機(這也是為什麼殲20的作戰半徑和內彈倉空間要大於F22的根本原因)。
中單翼的F22彈倉要小於殲20
中單翼戰鬥機的“起落架收放”會佔據機翼內側相當一大段,這使得這段機翼下很難佈置外掛載點。而且起落架收入機身的位置如果選的不好,會讓機腹掛點無法掛載大尺寸和大重量的彈藥和裝備(這對於以外掛載為主的非隱身戰鬥機影響非常大)。這方面的典型產物就是中國的殲8II系列戰鬥機,它的“起落架收放設計”使得其“外掛載點數量”受到嚴重限制(和驍龍這樣的輕型戰鬥機一樣只有7個外掛載點),而且質量也急劇下降(連機腹位置的主掛載點都不能掛載太重的外掛物),導致殲8II系列戰鬥機性能單一,用途無法擴展。
殲8II的起落架設計很失敗
下單翼佈局
下單翼佈局,簡而言之,就是把機翼安裝在機身中線的下方。從氣動角度講,下單翼的“升力作用點”在重心之下,具有一定的自身不穩定性(即靜不穩定性),飛機會很靈活,容易做類似橫滾動作(簡而言之,機動性更好)。
殲10是典型的下單翼設計
此外,下單翼的翼梁不用穿過機身,不會對機身內部的空間使用造成影響。此外機身強度也不會受影響。而且因為下單翼的機翼和機身融合性非常好,可以有效提升機翼升力和整機的升阻比,可以有效增加戰機的載彈量(或者相同載荷下延伸戰機的作戰半徑)。
PS:殲10B/C你別看小,載彈量可是高達8噸。
下單翼戰鬥機一般都很能裝
而且下單翼戰鬥機因為機翼離地面很近,起落架可以做得比較低,而且起落架體積小重量輕,易收放,佔用的機翼長度和機身內部空間都比較小。對戰機的掛載重量基本沒有影響。
一般而言,空優型戰鬥機基本都採用下單翼佈局,比如殲10,陣風,颱風等。
缺點方面,一個是下單翼戰鬥機的“機翼與機身間的干擾阻力”是最大的。其次是機翼離地面非常近,對外掛載彈藥的尺寸和體積有嚴格要求,避免擦地出現嚴重事故。
下單翼戰鬥機掛載
最後,下單翼戰鬥機 的重心比機翼平面低了很多,戰鬥機的不穩定性非常強,理論上機動性非常好,但對飛行員的要求會非常高,而且必須裝備多餘度電傳操縱,不然戰鬥機根本無法操控。
採用了四餘度電傳的JAS39
其實戰鬥機的機翼採用哪種安放位置,是需要根據戰鬥機的用途以及本國的科研水平來機型全方面的考慮和分析的,並不就是照本宣科,機械的去套用。
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