为什么歼-6有翼刀 之后的歼击机却都没有再采用翼刀

军事 04-30 阅读:1661 评论:0

为何国产歼-6歼击机机翼上有翼刀,而后来的国产歼击机却全部不再选用翼刀?

望文生义的翼刀,就是飞机机翼上的刀。职业术语就是机翼前缘锯齿状的机翼导流片。只有在喷气机上才有翼刀,螺旋桨飞机也没有翼刀。它在早期的喷气作战飞机上较为普遍。简单地说,翼刀的作用就是在飞行过程中阻止气流向翼尖流动,从而使翼尖失去升力。

第二次世界大战末期,由于战争的迫切需要,对飞机的速度要求越来越高,飞机开始出现喷气机。但是,传统的直翼飞机在起飞和降落时都存在着很大的尴尬,尤其是在强激波阻力下,很大程度上限制了飞机的起飞和降落。

最早一批德国工程师的后掠翼技能,也就是把机翼向后倾斜一定视点,以增加机翼的临界马赫数,延缓激波的呈现,减少飞翔阻力,提高飞翔速度,甚至能够平稳地跨越音速。

然而人们很快就发现后掠翼也有缺点,就是简单的失速,以及上仰的严重性,这种情况与翼尖的气流分离度密切相关。由于机翼上的高速气流通过机翼,在机翼根部和翼尖效应的影响下,根部吸力较小,翼尖吸力较大,从而形成压力差,引起失速和上仰。

因为物体的表面不能确定地润滑,而气体又有粘性,所以在机翼和气流交汇的缝隙表面会出现一个附面层。附面层在压差的作用下,将从翼根运动到翼尖,并在翼尖上堆积,随后出现气流分离。当气流一分离,机翼顶端的升力就会急剧下降,飞机的整体受力平衡就会被破坏,从而导致更加严重的后果。

同时,后掠翼飞机的翼尖延伸至机身的中后部,又会形成一个向上扬起的力矩,使机头向上倾斜。这类机头上倾的现象,飞行人员很难纠正,结果造成失速,最终导致飞机坠毁。

为解决这一问题,德国工程师沃尔夫·冈利贝首先使用了清晰的翼刀,并改进了BA349型喷气式飞机的翼刀试验,在机翼表面三分之二处安装了与机身轴线平行的刀片,以减慢翼尖表面附着层的堆积,改进了临界迎角,加强了操纵性能,并延迟失速的发生。

第二次世界大战期间,德国航空工程师对高速飞行进行了一次研究,结果显示,这次研究中最有意义的贡献之一,就是选择了后掠翼的布局,但是在试验中也发现,当后掠翼高速飞行时,机翼上的附面层气流沿后掠翼根部向翼尖移动,产生不稳定的力矩,使飞机状况难以控制,特别是当飞机有一定仰角飞行时,极简地造成翼尖失速,从而导致飞机失控坠毁。

针对这一点,德国航空工程师进行了两种处理方法的实验,第一种是在机翼上安装翼刀,使附面层气流向翼尖移动,这种方法简单而可靠,而且很少增加成本;第二种是在机翼前缘选择自动缝翼,闭合式与机翼成一体,高速或大机动飞行时,前伸与翼面形成缝隙,通过缝隙强制引入一股紧贴主机翼表面的气流,并强行冲击附面层延迟机翼上方的气流别离。两者各有各自的优缺点不过,起到的作用也都不错。

苏联规划者一向喜欢使用简单而实用的武器,而且二战结束时苏联还缴获了德国的BA349“毒蛇”喷气式飞机,这架飞机就是试验喷气作战机翼刀,苏联人很快将这种技能用于了米格-15。它的缺点就是在进行高速大仰角机动时,尤其是机翼作歪斜、不规则运动时,附面层气流仍然无法绕过,所以当二代机强调超音速飞行后,用附面层气流阻断的效果也不太好。此外,机翼刀在战役机的水平机动时,往往与多个减速板相适应,从而使水平机动性能有所下降。它也是苏联米格-21仅有的一把小翼刀,后来改型甚至干脆取消了。而美国与苏联相反,做什么最好用什么,而且不会花多少金钱,因此美国处理翼尖附面层选用的是前缘缝翼布局,这种布局在处理翼尖附面层时比用刀更明显,但控制起来也要混乱得多。前缘缝翼的缺点就是战机直升时,仰角较大的缝翼同样起到减速板的作用,直升方向上的爬升功能会受到影响,共同简略地产生颤动,这也是米格-15直升功能较强的原因,而共同代美国的F-86“佩刀”则是造成横向机动性强的原因。

第二次世界大战结束后,人类进入喷气时代。早期的喷气战役机追求高空高速,将来掠翼为干流。机翼刀结构简单,作用也很明显,因此很快得到了大量使用。

很多人都认为翼刀简单实用,所以它才会被广泛使用。事实上,这仅仅是人们在喷气年代之前对后掠翼气动力特性所知甚少。首先想到的是采用物理方法解决翼尖失速问题。随后随着气动研讨的深入,才发现更多控制沿翼展运动的方法,包括前缘襟翼、锯齿缝隙等。随着这些方法的逐步应用,翼尖失速问题也得到了彻底解决。

让我们回到歼-6这个主题上来,它的原型是苏联的米格-19。MiG-19是战后第二代喷气式作战飞机,二代机的最大特点就是最高的破音速度,也就是一般所说的超音速。然而,当时有关跨音速飞行的讨论远远不够,世界各国都出现了超音速试飞时发生事故的悲剧。当苏联研制超音速飞机时,也发生了严重的过机毁人亡事故。

MiG-19是在MiG-17的基础上进行改造而成,因此主要的机体结构都遵循了MiG-17的设计。该方案侧重于超音速飞行的操纵性和稳定性,因此选用了MiG-17翼刀。

J-6是MiG-19的国产仿制型,因此它也沿用了MiG-19的翼刀。

实际上,这是飞行动力学的问题,飞机飞行时,靠的是机翼上、下气流差。J-6是来自苏联本土的仿制品,也是名列前茅的一代打破音障的飞机,它的技能仍然来自于德国技能,而当时德国人发现喷气机的速度已经达到了音速,未来飞行时的气流会在机翼表面形成一个相对流速较慢的附面气流,在后掠翼的机翼上,这种气流还会朝机翼尖端运动,最终导致机翼尖端开始失速失控,这是有血的经验。对于这一点,德国人提出了两种处理方法,一种是在机翼上加一把翼刀,用一种简单粗暴的方法,强行打断附面层气流向翼尖移动。

另外一种方法是增加缝翼,缝翼在机翼前面,一般是和机翼合为一体,在高速飞行时,机翼就开合成一条细缝,这样缝隙内产生的高速气流,就能吹散机翼上附面层的气流,从而达到高速飞行。第二次世界大战结束后,美苏两国对这部分资料分别进行了整理,苏联选择了简式固定翼刀,而美国则进行了缝翼,这是当时这一代的机型,这两种翼刀各有优劣,翼刀简式固定,大仰角飞行时,更是势不可挡,我们可以在许多影视作品中看到,翼刀飞机在高速飞行时,翼刀拉出的白气,给人以真正“划破漫空”的震慑,但装上固定翼刀后,飞机在水平机动时,就得装上几块减速板,所以对于这类飞机,一般不会提及。

缝式飞机又有不同,水平机动相当出色,大仰角飞行则和翼刀机水平机动时一样,缝式飞机将变成减速板,并且与全部加装固定式翼刀相比,缝式飞机活动性强,受力面大,支撑点少,简单被吹飞,故障不能动的情况频繁发生,而在其所处的时代,应该说缝式飞机活动性高,稳定性差,比翼刀稍差。但是从高空高速的二代机展开到速度极限的开端,速度的敏捷进步,对气动布局的要求越来越高,此时的飞机现在已经不再在意翼尖的失速,让翼刀的作用逐渐丧失,对飞行布局的影响也在增加,因此战斗机的翼刀开始消失。至三代机、四代机,都是从缝翼开始玩起的,以及新出现的襟翼,以及锯齿翼规划,这是跟航空技术一起玩,工艺也不能分开,今天的缝翼早已经不想开始玩那么高的价格了。

但随着三代机的出现,飞行速度更快,机动能力更强,对大迎角飞行功能的要求也更高。随着战斗机速度的增加,流经气流的流速也相应提高,如果再用翼刀的话,在延迟高速气流时所受的力较大,很可能导致翼刀断裂。这样就可以代替翼刀了。

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