變后掠翼(Variable sweep wings),機翼的角可大可小,能夠隨意變動。采用大后掠翼飛得快,可以攻擊、作戰(zhàn),采用小后掠翼升力大,便于起飛降落。采用變后掠翼可適應各種不同的飛行狀態(tài)。
變后掠翼中多數(shù)只是外翼部分可以改變后掠角,因外翼部分的重量和產(chǎn)生的升力只占全機翼重量和升力的一部分,故當外翼后掠角變化時,引起全機的重心和升力作用點的變化就小得多。
變后掠翼這種設計思想的第一次應用是在美國的F-111戰(zhàn)斗轟炸機,從此戰(zhàn)斗機多了一個種類:變后掠翼戰(zhàn)斗機,在之后英國、德國、意大利三國聯(lián)合成立的帕那維亞飛機公司的狂風超音速戰(zhàn)斗機等都采用了變后掠翼。
設計原理
變后掠機翼是50年代以后開始出現(xiàn)的一項新技術。它的基本設計思想是讓機翼前后轉動,以改變后掠角大小,使飛機同時兼顧高速和低速飛行的氣動要求,擴大飛行速度范圍。具體講,就是當飛機起飛、著陸或需要作低速飛行時,將機翼往前轉動,減小后掠角,以提高飛機的低速飛行性能,縮短起落滑跑距離;而當飛機需要作高速飛行時,將機翼往后轉動,增大后掠角,以減小飛行阻力,提高飛機的高速飛行性能。由此可見,變后掠翼技術可以解決超音速飛機的高低速矛盾,改善起飛、著陸性能,這是好的一面。但是采用變后掠翼也會帶來新的問題,如改變后掠角時,飛機的重心位置和升力作用點也會改變,使得飛機不易操縱,此外,在結構上也需要付出代價。為了解決這些問題,目前所采取的措施是采用外翼部分轉動(內(nèi)翼仍為固定翼)、設置燃油輸送系統(tǒng)和使用高強材料等。
優(yōu)點
通過機翼后掠角變化,使飛機在低速和高速飛行中獲得理想的機翼前緣升力。
后掠翼雖然空阻小,但存在機翼前緣升力不足的缺點,而且后掠角越大,升力系數(shù)越低,使得飛機在起飛,著陸,空速限制等指標上都不理想.可變后掠翼在起飛,著陸和低速飛行時,使用較小的后掠角,使機翼前緣升力增加,機翼效率提高,而高亞音速和超音速飛行時使用大后掠角,提高飛機的加速性能和高速飛行能力。
缺點
變后掠翼飛機的主要缺點是:機翼轉動的機構復雜,重量大;活動外翼的載荷全部集中在樞軸上,而樞軸又必須靈活地轉動;固定翼內(nèi)部必須留出足夠的空間容納縮進的外翼部分。固定翼與活動翼之間還需要有密封罩,以減小阻力;此外,還要有一套強有力的驅動裝置,在飛行中能快速地改變后掠角;如果活動外翼下有外掛物(副油箱、導彈或炸彈),還需要一套協(xié)調(diào)機構,使它們在機翼改變后掠角過程中始終保持順氣流方向。活動翼的操縱方式有人工和自動兩種。在人工操縱方式中,機翼可有小后掠、中后掠和大后掠三個位置,駕駛員可根據(jù)飛行狀態(tài)加以選擇。先進飛機更采用自動無級變后掠角裝置,其后掠角可隨飛行馬赫和高度的變化,自動保持在最有利的狀態(tài)。
變后掠翼由于結構復雜引申出很多問題。為了支持機翼后掠角的可變,機翼必須由可變動機構組成。增加了機身重量,機翼懸掛點減少,負載減少,靈活度減少。增加了機構的復雜度與固件的數(shù)量,可靠性成幾何倍數(shù)的降低,同時生產(chǎn)復雜度和維護費用成幾何倍數(shù)的增加,從而造成付出多余回報。而且就算犧牲如此多的方面也不能彌補其結構上的強度的降低。
如經(jīng)典之作F-14戰(zhàn)斗機。先是去掉了副翼,而后其關鍵部位必須使用不能常規(guī)焊接的TC4制造,為了其空氣動力學原理,甚至使用了類似氣囊的部件來補充機翼后緣缺失的部分,就算如此其重量還是大大的超過了同類戰(zhàn)機。從而大大的增加了制造和維護費用。對于一種常規(guī)性武器的批量生產(chǎn)這是很不利的。
不過,就算其有以上這些問題存在,無法掩蓋其機動性能上的強大優(yōu)勢。
可變后掠翼飛機設計復雜,操縱也非常麻煩,故障率也比較高,最要命的是復雜的變翼機構限制了飛機的載荷,外型,隱身等一系列性能的提高。
而現(xiàn)代飛機設計通過采用雙三角設計,鴨翼,跨音速面積率曲線設計,大邊條設計,翼身融合技術等現(xiàn)代技術可以很好的彌補后掠翼的不足,使飛機獲得非常好的性能,而避免了變翼飛機的諸多不足,所以沒有必要采用變翼這種復雜的設計方式了。
發(fā)展沿革
世界上第一種變后掠翼戰(zhàn)斗機F-111戰(zhàn)斗轟炸機,是由通用汽車動力公司于1965年研制成功的。亞音速和超音速飛機大部分采用大后掠角的機翼,這種機翼和平直機翼相比,更有利于高速飛行.但低速飛行性能不好,轉變半徑大,起飛和著陸滑跑距離比較長。于是,有人開始研究能在飛行時改變機翼的后掠翼角度的飛機,起降和低速飛行時呈平直機翼,在高速飛行時呈后掠翼或三角翼飛機型,較好地解決飛機低速和高速飛行性能的矛盾。早在二次世界大戰(zhàn)期間,德國就已進行了這項研究。美國戰(zhàn)勝并占領德國后,在此基礎上于1948年開始變后掠翼飛機的技術試驗。F-111戰(zhàn)斗轟炸機就運用了上述技術成果。此后,蘇聯(lián)的米格-23戰(zhàn)斗機、美國的F-14戰(zhàn)斗機和英國、聯(lián)邦德國、意大利聯(lián)合研制的狂風戰(zhàn)斗機也采用了變后掠翼技術。
實戰(zhàn)應用
1946年英國人最早開始研究變后掠翼,但是美國人后來者居上,于1964年底將第一架實用型變后掠翼飛機F-111送上了天。此后,變后掠翼開始在多用途戰(zhàn)斗機和戰(zhàn)略轟炸機中廣泛使用,出現(xiàn)了如前蘇聯(lián)的米格-23、圖-160轟炸機,西歐的“狂風”和美國的F-14、B-1等變后掠翼飛機。
主要機型介紹
米格--23
米格(mig)--23戰(zhàn)斗機是一種變后掠翼單座單發(fā)超音速戰(zhàn)斗機,是70年代蘇聯(lián)空軍用以取代米格-21戰(zhàn)斗機的主要制空戰(zhàn)斗機。該機兼有較強的對地攻擊能力。西方把它稱為“鞭撻者”。
米格-23戰(zhàn)斗機于1963年開始研制,1970年投入生產(chǎn)并裝備前蘇聯(lián)空軍,1973年開始大量生產(chǎn),其后不久即出口外銷。到1986年停產(chǎn)時,生產(chǎn)總數(shù)已逾4000架。除前蘇聯(lián)外,使用該型飛機的國家還有保加利亞、捷克斯洛伐克、阿爾及利亞、埃及、伊拉克、敘利亞、埃塞俄比亞、利比亞、越南、古巴、波蘭和印度等。
米格--23約有10種改型,技術、戰(zhàn)術性能逐漸改進。除機翼未?機身特別是機頭部分變化明顯,有的改型已成為專門用途的作戰(zhàn)飛機,如米格-27攻擊機是專門的對地攻擊型,編號也已經(jīng)改為米格--27。
米格-23戰(zhàn)斗機飛機是蘇聯(lián)第一種重型戰(zhàn)斗機,其外形脫離了米格戰(zhàn)斗機機頭進氣的傳統(tǒng)樣式,改為兩側進氣,得以在機頭裝大直徑天線的火控雷達,實現(xiàn)了超視距攻擊。采用變后掠翼技術,改善了起降性能和增大了航程,同時減小了跨、超音速阻力。
米格--23突出的性能是平飛速度大,高空時達2.35倍音速,低空表速達1350公里/小時,且水平加速性好,利于低空突防、高速攔截和攻擊后脫離。但該機的高空性能不突出,中低空機動性較差,如在5000米高度、0.9倍音速的最小盤旋半徑為2200米,比米格-21戰(zhàn)斗機的還大,表明其近距格斗能力較差,無法勝任其主力制空戰(zhàn)斗機的使命,只適于中、低空高速攔截使用。而它的對地攻擊型由于武器掛載量較大,航程較遠,低空突防速度大、裝甲防護較好,倒不失為一種對地攻擊能力較強的戰(zhàn)斗機。
米格-23戰(zhàn)斗機裝有“高空云雀”火控雷達、多普勒導航系統(tǒng)、自動駕駛儀和儀表著陸設備,還有激光測距、雷達告警等設備。對地攻擊型還可掛空地導彈和戰(zhàn)術核武器。伊拉克空軍裝備了不少米格--23戰(zhàn)斗機,但在海灣戰(zhàn)爭中無建樹,反而被多國部隊空軍在空中擊落9架。
F-14“雄貓”
F-14"雄貓"TOMCAT戰(zhàn)斗機是根據(jù)美國海軍70年代到80年代艦隊防空和護航的要求;由格魯門研制的雙座超音速多用途艦載機.它的主要作戰(zhàn)任務為:
⒈護航:在一定的空域奪取并保持制空權,驅逐敵戰(zhàn)斗機,保護己方的攻擊力量.不帶副油箱的活動半徑為720-800公里,能在目標上空3050米高度用航空機炮和“麻雀’導彈作戰(zhàn)2分鐘。
⒉艦隊防空:能在距艦隊160-320公里的空域巡邏2小時(帶副油箱和“不死鳥”導彈)或從航空母艦甲板彈射起飛執(zhí)行截擊任務.
⒊遮斷和近距支援:可載6500千克低阻炸彈和兩枚“響尾蛇”空空導彈執(zhí)行遠距遮斷或近距空中支援作戰(zhàn)任務.掛6顆MkB2炸彈,攻擊1600公里以外的地面目標,能保持5分鐘的空戰(zhàn)能力。
狂風戰(zhàn)斗機
英國、德國和意大利共同研制的雙座雙發(fā)可變翼戰(zhàn)斗機,1969年3月開始研制,1974年8月首飛,1976年開始批量生產(chǎn),1980年服役。有防空型(ADV)、對地攻擊型(IDS)、電子偵察型(ECR)三種型號,各型飛機共生產(chǎn)993架。對地攻擊型(IDS)裝有兩臺R199-34R-MK103渦扇發(fā)動機,單臺最大加力推力79.2千牛,推重比為7一級。機長16.72米,機高5.95米,翼展13.91米(最大)、8.6米(后掠),最大起飛重量27215公斤,最大速度2.2馬赫,作戰(zhàn)半徑1390公里。機載武器為2門27毫米航空機炮,7個外掛架,可掛4枚“空中閃光”半主動雷達制導中距空空導彈以及2枚AIM-9L紅外空空導彈,各種空對地導彈和炸彈,最大載彈量9000公斤。
參考資料 >
變后掠翼飛機的前世今生.變后掠翼飛機的前世今生.2022-02-17
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