如何通过外形“看出”飞机飞行速度

分享一个小技能:如何通过飞机外形推测出其最大飞行速度。

一、入门级:看头部的尖尖

先做个test,根据你目前的经验,通过以下三个头部比较三种飞机巡航速度的大小。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

先说答案,从左至右,飞行速度依次增大。具体解释后面说。

飞机的种类繁多,飞行速度差别也特别大,从每小时几百公里到20马赫,差别上千倍。首先说说如何从飞行器头部大概估算出其飞行速度。

按照从慢到快的顺序。

1,头部带螺旋桨的

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

美国F4U“海盗”战斗机

看到带螺旋桨的飞机,首先确定飞行速度在音速以下。(螺旋桨飞机无法超音速, 因为飞机到达音速之前,螺旋桨尖部会最先到达音速,产生激波,阻力增大。此时增大动力,运气好的话,螺旋桨尖部可以冲破音障,但是紧接着,尖部靠内侧的部分又会到达音速,之后,螺旋桨更靠近内测的地方会到达音速。总之,在飞行器到达音速之前,螺旋桨的不同部位一直在超音速。一方面飞机动力不够,另一方面,螺旋桨强度不够。所以,螺旋桨飞机无法超音速。)

如果是头部带螺旋桨,说明为单发,即只有一台发动机,动力肯定不会特别大。

综上,头部带螺旋桨的为单发螺旋桨飞机,飞行速度最多也就600+km/h。

2,头部为钝头圆弧形

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

空客A380

这就是我们平时乘坐的现代化民航客机,对应于test题目中最左侧的图。

头部圆润无其他部件,采用比较先进的涡轮发动机(涡扇、涡喷、少量为涡桨),效率高。巡航速度约为800-900km/h,这个速度是通航舒适度与经济性相互协调后确定的,并非是涡轮发动机的极限。发动机数量与载重量有关,与飞行速度没有多大关系。

3,头部带个窟窿

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

美国“佩刀”战斗机

上面这种头部带个窟窿的飞机产生于二战末期。当时螺旋桨飞机已经逐渐不能满足作战需求,改为了更为先进的喷气式飞机。涡轮喷气式发动机的基本工作原理是通过进气道吸气,对吸进的空气加压,然后燃油混合并燃烧,最后通过喷管将燃气喷出,获取动力。

而进气道(即机头处的窟窿)则是喷气式飞机的标志。这种飞机基本处于跨音速(0.8-1.2倍音速)飞行,速度大概在1000km/h以上,大多数为1300-1500km/h之间。当然,也有更快的,比如下图这厮:

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

俄罗斯米格21战机

也是前面有一窟窿,但是与其他不同的是,不仅窟窿里还有个尖锥,机头部位还安装了一个又尖又长的空速管。以后看到前面有尖就断定这是超音速飞机(1.2倍音速以上)肯定没错了,具体原因下节讲。

所以,窟窿加带尖会更快,最大速度在2100km/h以上。

4,头部是尖的

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

美国F22战机

头部是尖的,对应于test中的第二张图。说明这肯定是超音速飞机。

声音在空气中传播,靠的是空气被压缩然后又复原的过程。音速就是空气被压缩又复原的极限速度。如果飞机到达音速,则堵在飞机前方的空气被压缩但是来不及恢复原状,密度会突然增大,同时,阻力也会突然增大,被挤压的这部分空气与周围没有被挤压的空气之间有一个明显的分界线,叫激波。激波形成后,阻力突然增大,形成音障。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

爆炸形成的激波

飞机如果想超音速,必须在依靠一个锋利的尖尖刺破这层大密度的气体。也正因如此,超音速飞机前面才做成尖尖的样子。

总之,看到飞行器头部带尖,可以断定飞行速度肯定超过音速了,多数在1.2-4倍音速之间。

再补充两个例子:

地对空导弹,就是追着打飞机的那种,头部也是尖尖的。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

地空导弹

还有就是子弹,亚音速子弹头部是圆的,超音速子弹头部是尖的。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

5,头部为钝头体

看到钝头体飞机,首先想到的是普通的亚音速民航客机。但如果钝头体飞机以下面这种体位出现的话,你得知道,事情不是那么简单。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

航天飞机

前面的飞机的飞行速度跟航天飞机根本就不是一个量级。另外,火箭头部也是圆圆的钝头体。

有些人可能会有疑问,上一节中超音速飞机为了刺破压缩空气,头部做成了尖的形状,而火箭或者航天飞机速度更高了,为什么反而又把头做成了圆的。

把头做成圆的,的确会使飞机在突破音障的时候比较费力。但是火箭发动机推力大,这点阻碍不算什么。

火箭、航天飞机、弹道导弹等属于高超声速飞行器(飞行速度在6倍音速以上),此时由于气流摩擦,会对飞行器产生巨大的传热量。研究发现,高超声速飞行器头部的传热,与头部半径的平方根成逆相关,也就是说,头部越尖,传热量越大,飞行器越容易被烧毁。所以,这类飞行器头部都是钝头体,而不是尖的。

当然,头部并不是越钝越好。一方面是因为钝度越大,阻力越大,更重要的是,当头部钝度到达一定程度之后,会突然导致机身部位转捩(由层流到湍流)位置提前,机身部位一旦转捩提前,对飞行器来说是毁灭性的打击。

总结:通过观察飞行器头部,可以大致判断出飞行器的飞行速度。

头部带螺旋桨:600+km/h。

头部带窟窿:1000-2000km/h

头部带尖:2-5倍音速

头部为钝头:800-900km/h或者8倍音速以上。

二、进阶级:看机翼

前文提到,头部为钝头,可能是青铜(普通民航客机),也可能是王者(能飞到大气层外的),再配合观察机翼,即可轻松判断出来哪个是王者。

1,双层翼

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

一战期间的飞机

这种双层翼飞机现在早就见不到了,只能在博物馆和影视剧里看到。影视剧里一旦出现这种飞机,就说明故事发生在一战期间。

当时的飞机还用的活塞发动机,所以速度不够快,升力自然就小。升力不够,个数来凑。所以就出现了这类有两层机翼的飞机。

速度跟现在的普通轿车差不多,100-200km/h。不过这种飞机样子还挺萌的,适合当工艺品。

2,平直翼

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

英国“喷火”战斗机

这种飞机常见于二战期间,由于发动机动力提升,速度提高,只需要一层机翼就能够有足够的升力。

但由于机翼是平直的,当飞行速度接近高亚音速(0.8倍音速)时,机翼上表面会出现激波,阻力突然增大,此时飞机要么动力不足,要么机身强度不够。

所以,平直机翼的飞机极限速度在800km/h以下。

3,后掠翼

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

后掠翼

现在常见的民航客机都是这种后掠翼。由于平直翼飞机在到0.8马赫之后,机翼上表面出现激波,阻力增强,造成动力不足。将平直翼改为后掠翼,可以使飞行速度大于流过机翼的速度,可以防止激波提前到来,使飞行速度更接近音速。

后掠翼飞机飞行速度在八九百千米每小时以上。且后掠角越大,速度越快。

4,三角翼

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协和客机

机翼前缘后掠角非常大,后缘基本无后掠,俯视投影呈三角形的机翼叫三角翼。当年的协和客机和现代的战斗机均使用三角翼。在大迎角飞行时,三角翼前沿还能产生大量气流,附着在上翼面,能够提高升力,这种机翼在超音速时阻力特别小。

因此凡是三角翼的飞机,都是超音速飞机。速度在2-4倍音速。

5,机翼的展长

展长越长,飞行速度越慢。比如轰炸机,侦察机等,其定位就是向地面某些地方投掷炸弹或仔细侦察地形,并不需要很高的速度。低速飞行条件下,为了维持足够的升力,需要将展长做的特别长。

这就是所谓的升力不够,长度来凑。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

U2侦察机

同理,升力不够,速度来凑。机翼展长越小,说明飞行速度越快。比如,被称作“寡妇制造机”和“飞行棺材”的F104战机。为了一味追求高空高速,翼展做的特别短,一旦发生空中停车事故,连滑翔落地的机会都没有。

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

F104战机

三、补充:气动布局简介

前面两章讲了判断速度。再简要介绍一下飞机的气动布局。

气动布局指的是飞机的主翼(提供升力)、水平尾翼(控制俯仰)和水平尾翼(控制偏航)如何排列放置在飞机上。通过气动布局基本可以判断出飞行器的功能特性。

气动布局主要分四种:常规式气动布局、鸭翼式气动布局,无尾气动布局以及三翼面气动布局。

1,常规式气动布局

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常规式气动布局

普通的民航客机就是用的常规式气动布局。即产生升力的主翼在前,控制偏航和俯仰的尾翼在后。技术最为成熟,应用最为广泛,稳定性好。

所以,看到常规式气动布局我们可以断定,这架飞机中规中矩,速度不快,安全舒适。

2,鸭翼式气动布局

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国产J20

上图中的国产J20,主翼为三角翼,在主翼前方有鸭翼,后方有尾翼。主翼既同前方的鸭翼一起产生升力,又与后方的尾翼一起配平与操控。因此失速特性和机动特性特别好。所以目前广泛应用于战斗机中。至于缺点,目前争议比较大的就是对隐身能力的影响,此处不做讨论。

以后看到飞机有鸭翼,你立马可以判断出:超音速战斗机,机动性好,空中格斗技术杠杠的。

3,无尾式气动布局

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美国B2轰炸机

既没有尾翼、又没有鸭翼,只有主翼的气动布局叫无尾式气动布局。与鸭翼比起来,机动性与稳定性基本算是没有。只有一个优点,隐身性特别好。

所以,看到无尾式气动布局的飞机,可以断定,这是不怀好意的隐身机。由于机动性与稳定性差,肯定不是隐身战斗机。只可能是隐身轰炸机和隐身侦察机。

4,三翼面气动布局

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俄罗斯苏37战机

在常规的气动布局上再加上鸭翼就成了三翼面气动布局。结合了常规气动布局以及鸭翼布局的优点。但是有这么多翼面,太复杂了,而且重量增加了,影响力续航与机动性。所以,目前三翼面布局的飞机并不多见。

由上图可以看出,苏37上,主翼、鸭翼、水平尾翼和垂直尾翼一个都不少。

写到这里算是结束了,十分粗略的介绍了一下飞机外形与飞机速度之间存在的关联。下面做一道练习题。

由下图估算飞机速度与用途:

如何通过外形“看出”飞机飞行速度

首先,机头为钝头体,机翼展长很大,且为常规气动布局,排除高超声速飞行器的可能。初步锁定为亚音速飞机。

其次,机翼为后掠翼,且后掠角较大,进一步确定为高亚音速飞机。飞行速度大概为900-1000km/h。

8台发动机,由于发动机数量仅与载重量有关,因此确定飞机载重量较大。但机身不够宽大,容量有限,排除运输机。

最主要的,机翼下方载有炸弹,因此是轰炸机。

如有疏漏,还请海涵。

谢谢!

(qinghangwang)

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