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在飛機誕生之初,機翼的形狀千奇百怪,有的像鳥的翅膀,有的像蝙蝠的黑翼,有的像昆蟲的翅膀;有的是單機翼,有的是雙機翼。到第二次世界大戰時,雖然絕大多數飛機“統一”到單機翼上來,但單機翼的位置又有上單機翼、中單機翼和下單機翼之分,其形狀有平直機翼、后掠機翼、三角機翼、梯形機翼、變后掠角機翼和前掠角機翼之別。從某種意義上可以說,機翼的演變史也就是飛機的演變史。 為什么飛機設計師們如此重視飛機“翅膀”的研究和改進工作呢?道理很簡單:因為機翼能產生升力把飛機送上天,同時,機翼的形狀和大小還直接關系到飛機的速度。所以,自從有了飛機以來,人們對機翼的研究和改進工作就沒有停止過。 1945年,英國研制了兩架飛機,安裝了當時先進的噴氣發動機,速度達到音速。但過了不多久,這兩架飛機先后在空中解體墜毀。后來人們通過研究才發現,原來飛機接近音速時,機翼上出現“激波”,使機翼表面的空氣壓力發生變化,空氣作用力的總作用點后移,飛機會突然自動俯沖,又使飛機增速更快,最后,超過它本身能承受的強度,所以飛機散架了。 后來,用其他飛機做試驗飛行時,還發現一個嚴重的問題,就是機翼上產生激波后,飛機的阻力會急劇增加,比低速飛行時大10倍甚至幾十倍,所以即使用噴氣式發動機,也很難使飛機超音速。當時把這種困難叫做“音障”。 為了解決機翼影響飛行速度的問題,許多國家都在研制新型機翼。德國人發現,把飛機的機翼做成向后斜的形式,像燕子的翅膀,可以延遲“激波”的產生,減小由于激波引起的阻力,也可以緩和飛機接近音速時自動俯沖的不穩定現象。1948年,美國把后掠機翼應用在F-86戰斗機上,蘇聯也于40年代末期,研制出帶后掠翼的噴氣式米格-15殲擊機。 但是,后來進一步研究表明,為了超音速飛行,后掠翼并不是惟一可用的形式。很薄的梯形和三角形機翼,對超音速飛行也很合適。所以后來美國的SR-71飛機和蘇聯的米格-25飛機的機翼外形就大不相同。SR-71飛機使用的是三角形機翼,而米格-25飛機是后掠翼。但這兩種飛機的性能卻比較接近。 飛機機翼采取向后斜的形式后,又出現一個問題,即向后斜的機翼比平直的普通機翼,在同樣的條件下產生的升力小,這對飛機的起飛、著陸和巡航都帶來不利的影響。例如,飛機在飛行時,要滑跑到很大速度,使升力足夠大,才能使飛機離地,因此起飛滑跑距離很長。著陸的情況也一樣。這對作戰來說是很不利的。在空中巡航時,后掠翼飛機比普通平直機翼的飛機油耗多。因為后掠翼在同樣條件下,產生的升力小一些,而低速飛行時,它的阻力又相對要大一些,耗油多,飛機航程就會受到影響。 為了改善飛機的起飛、著陸和巡航性能,有人研究出一個方案,就是使機翼能改變后掠角。起飛、著陸和巡航時,機翼在平直位置;要飛大速度時,機翼向后斜,這樣就可以“兩全其美”了。 為了解決這個問題,人們曾經對機翼的形狀和變后掠角旋轉軸的位置,試驗過不知多少次,前后大約經歷了20年的時間,變后掠翼飛機才于1964年研制成功。由于變后掠翼可以適應飛機高速飛行的要求,也適應低速巡航以及起飛著陸的要求,因此,現代作戰飛機,無論是殲擊機、轟炸機或強擊機,多采用變后掠翼形式。如,美國的F-111、F-14殲擊機,B-1戰略轟炸機,前蘇聯的米格-23、蘇-20、蘇-24殲擊轟炸機,英國、意大利、德國合制的“狂風”殲擊轟炸機等,都是變后掠翼飛機。變后掠翼飛機雖然克服了后掠翼的一些缺點,但到80年代,經過實踐,人們發現變后掠翼飛機的優點并不像原來估計的那么大,而且機翼前后轉動,要用很大的軸承和很堅固的結構,增加了飛機的重量,對飛機的性能產生不利影響。因此,80年代后,已不再采用這種技術。繼而起之的是前掠翼飛機和飛翼式飛機。 與后掠翼飛機形狀和布局相反,前掠翼飛機的機翼向前傾斜。其形狀像一把張開的剪刀,從上往下看呈V字形。前掠翼概念幾乎是與后掠翼同時提出的,而且從理論上它們都能提高臨界速度,降低波阻。從1944年德國研制世界上第一架前掠翼飛機“容克斯”287,到1984年美國前掠翼試驗飛機X-29A首次試飛,共試制了50多年,但直到今天也沒有一架實用前掠翼飛機問世,其原因是前掠翼飛機存在不少空氣動力學方面的難關。不過,美、俄一些設計專家看好,認為前掠翼飛機具有一般后掠翼飛機所不具有的良好的跨音速性能,特別是在音速附近穩定性能極好。采用前掠翼比常規后掠翼飛機有三大優勢:一是能保證亞音速飛行,具有較好的氣動性能;二是能提高機動性和大迎角飛行的可控性;三是具有更好的起飛和著陸性能。此外,前掠翼飛機的航程更大,機身隱身特性更好。前掠翼技術與矢量推進技術結合,能使它在空戰中保持絕對的優勢。就飛機形狀而言,要數飛翼式飛機最奇特了。飛翼式飛機將機身與機翼合二為一,發動機、操縱面以及乘客和貨物統統裝在里面,整個飛機就像一只巨大的機翼一樣。飛翼式飛機的優點是:構造簡單、制造容易、空間較大、阻力很小,并且十分堅固。30年代就有人開始研制這種奇特的飛機,由于技術問題很多,飛翼式飛機一直沒有達到實用階段。直到80年代后期,美國諾斯羅普公司才研制出起點很高的飛翼式飛機B-2隱身轟炸機。 B-2從上面往下看呈多邊形,前緣呈大后掠角,后緣是W形,像鋸齒一樣,中間有三個“齒”。從正面看,飛機呈圓弧形,只在發動機和座艙位置略有突出。B-2的流線型極佳,外表異常簡單,阻力很小。機翼后緣裝有4對操縱面,綜合了升降副翼、升降舵和襟翼的作用,沒有垂直尾翼等部件。 B-2有效地解決了穩定與操縱問題,顯示了飛翼式飛機的巨大潛力。由于載重量大、外形簡單等優點,許多超大型運輸機設計方案均采用了飛翼布局。例如,有一種超大型客機方案采用大型飛翼布局,內部客艙分上下兩層,載客量達800名。這種飛機將有效解決航線和機場的繁忙問題。。