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为何超音速飞机是三角翼?问:为何超音速飞机是三角翼?

2021-06-18 16:41爱问

简介为什么超音速轰炸机选择了可变后掠翼,超音速客机选择了三角翼?超音速轰炸机,俄罗斯美国选择了可变后掠翼。超音速客机协和和图144选择了三角翼。好像美国研发了三角翼的女武神,但不成功。这两种构型有啥优劣?目前三角翼在战机方面应用还很多,可变后掠翼...

超音速客机想要实现超音速巡航,而三角翼构型超音速阻力最小且重量小结构简单

三角翼构型飞机机翼后掠角大,超音速诱导阻力小,同时保证足够的翼面积、升力水平和结构强度,因而非常利于超音速飞行。但展弦比和翼展太小,亚音速工作效率非常低,所以选择这一布局的飞机,设计时主要工作区域或作战区域都是以超音速为主要目标。比如协和号客机设计时,气动布局针对2马赫速度优化,尽可能降低这一区域飞行时的阻力,实现不开加力超音速巡航,从而降低燃料消耗率,将经济性控制在普通消费者可以接受的水平。

图-144(前)和协和号客机(后)

飞机在跨越音速飞行时,受“音障”激波阻力冲击,飞行阻力会猛增3倍。直到飞行速度超过1.7马赫后,将音障甩在身后,激波阻力才会降低。大部分超音速飞机是采样加力燃烧室的方式增加推力,然而加力推力燃烧后不经过涡轮机做功,单位油耗率会翻倍不止,经济性差。

协和号客机最高飞行速度2.04马赫,出于剧烈摩擦的高温担忧,实际速度最高控制在1.98马赫之内

所以协和号客机是采用混合式的超音速巡航方式,其使用4台带有加力燃烧室的奥林帕斯593涡喷发动机,单台最大推力17.2吨。起飞后先打开加力,将飞机加速1.98马赫后关闭加力,飞机最终可以在稳定在1.75马赫的速度持续巡航。美军F-22的超音速巡航其实也是这种模式,先开加力突破音障,然后关闭加力稳定在1.7马赫速度巡航。与F-22不同的是,协和号客机开启加力情况下,推重比也只有0.37,关闭加力后推重比更是只有0.23。以如此低的推重比水平来实现超音速巡航,那么只能推力不足气动补,采用这种大后掠角三角翼布局也就不足为奇了。

白天鹅一样的图-160

而B-1、图-160这种超音速轰炸机,他们只是想把超音速作为突破敌方防空系统的手段,只要在最后突击时进入超音速就行了,平时巡航正常飞行时用亚音速就行了。亚音速没有激波阻力,飞行阻力小油耗率低航程长,而航程对于战略轰炸机来说同样非常重要。再加上协和号客机这种一切为了超音速巡航牺牲代价太大,战略轰炸机还要为飞行性能、载弹量等方面考虑的不值得。

所以可变后掠翼是个非常好的折中方案,可变后掠翼通过调整机翼后掠角和展弦比,从而可以同时满足亚音速和超音速飞行需求。但缺点在于结构复杂、重量太大、制造和维护成本更是高昂。对于出动较少的军用飞机来说可以接受,而对于民航日常来说,则完全无法接受。

XB-70

最后,XB-70女武神机翼结构其实很特别,机翼外端可以向下折,从而压缩空气和激波,产生升力隧道的效果提升升力。

Tags:三角翼,后掠翼,超音速客机,超音速