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oops
路人甲乙丙
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 Posted - 03/16/2020 : 12:09:04
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看了一些經典超音速戰機的立案發展之後
發現翼型的選擇 似乎都是在考量特質取捨 擇其所需
但沒有相關學識的人看多了以後產生更多疑惑
僅從印象條列一些翼型經典 想知道自己的心得錯誤所在或者有所誤解
以下略過翼剖面差異 個人對翼剖面的認識更淺
並假定技術條件 機身規格 等條件接近一致
* 後掠翼(代表機F-100)
後掠翼超音速機突破音障採取的策略是加大翼前緣後掠角(大多超過45度)
把機翼藏在馬赫錐的後掠角內
理論上會有較大的翼展 較大展弦比 根稍比較小 翼後緣同樣後掠
雖然不知為何 但平直翼與後掠翼這種細長的翼型似乎巡航效率很高
這兩個系統的飛機在等條件時續航力更強 客機與滑翔機都在此設定範疇內
但翼結構強度要求更高 儘管翼根長度最短
反而卻因強度要求更高而產生更大呆重 此外在超音速戰機狀況下
大後掠角導致翼尖失速問題嚴重 翼結構強度若不夠高也會拖累滾轉性能
* 無尾三角翼(代表機幻象三)
後掠翼超音速機突破音障採取的策略同樣是加大翼前緣後掠角(多超過45度)
理論上會有較小的翼展 小展弦比 根稍比超大 翼後緣平直
翼後緣控制面(襟翼副翼)會特別加大
由於翼根長度極限地大 反而減輕結構強度壓力 用低重量就能取得強固結構
或許因為翼面積容易衝高 容易塞機翼油箱 可以輕易加大載油系數
巡航性能不清楚 但拉起攻角性能烏鴉鴉 衍生阻力會一下子衝高(不知為何)
另外老三角翼似乎也有翼尖失速問題 致使中生代幻象2000安裝二段式前緣縫翼
運用電腦調控縫翼與段差犬齒來抑制
無尾三角翼除了音障問題高效之外 高倍音速似乎也是強項 甚至聽過F-15也是
有尾切尖版三角翼的說法(但外觀很像梯形翼)
* 梯形翼(代表機F-5 F-16 F-18)
翼展較小 展弦比小 根稍比小 翼根長與結構負擔不好不壞 滾轉潛力高
突破音障的策略是收窄翼展 躲在馬赫錐邊緣之內
所以能採用平緩的前緣後掠角(似乎大多低於40度)
似乎更容易抑制翼尖失速問題 理論上不需要
阻力較高的翼刀犬齒縫翼(例外F-18E/F 但似乎是細節優化不足的關係)
單靠前後緣襟翼角度組合的可變彎度機翼(需電腦控制)就能維持很好的攻角
性能 衍生阻力低 高攻角性能佳 組合其他氣動設定之後產生F-16不易掉速
與F-18掉速也能控制這兩派玩法
巡航效率似乎普通 但引擎或機身設計良好(高升力高載油)時 問題似乎不大
此外梯形翼似乎不利高倍音速(有例外F-104 但高速以外犧牲太大)
話說F-5雖然也是梯形翼典型 但個人覺得它的翼尖弦長有夠短的啦...
* 菱形翼
是匿蹤問題對策 老實說有的實際成品感覺有點像梯型翼
翼展也短 展弦比也小 但根稍比大 特徵是後緣前掠
(但梯形翼不少人也前掠 比如說F-18 F-2 IDF等)
據說F-22發展至翼型選擇時 對於梯形翼或菱形翼有過激烈討論
匿蹤與結構設計師是菱形派 氣動設計師是梯形派
最後為了匿蹤採用菱形 總設計師評論梯形氣動強 但菱形也不算差了
由於根稍比大 因此前緣後掠角較大 翼根長較長
或許結構強度與翼內油箱容量會貼近三角翼 勝過梯形一籌
(PS. F-16採用的後緣大翼展襟副翼
似乎因為控制面機構大幅簡化 能增大翼油容量)
巡航性能不明 攻角性能不明 翼尖失速控制不明 |
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oops
路人甲乙丙
689 Posts |
Posted - 03/16/2020 : 13:04:57
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* 小展弦比後掠翼(SU-27)
很"方"的後掠翼 感覺有點像梯形翼 但有後緣後掠角 前後緣後掠角都不大
估計也是用短翼展來破音障
看過一個說法說舊蘇聯是著眼於引擎科技落後美國 才會採取後掠翼
取其巡航高效特性來滿足續航力需求 同時被交換的是滾轉性能損失
個人看了是很狐疑啦
因為冷戰末期的蘇聯引擎科技 不是以壽命為代價交換性能嗎
應該沒差那麼多...吧?續航問題跟F-16一樣 有昇力體機身與機身大內油來支撐
滾轉差? 側衛全身上下都不利滾轉 雙垂尾 雙發 雙發加碼大間隔
翼型差別有或沒有都無關緊要了
* 拉姆達翼
也是匿蹤考量翼型 簡單講就是菱形翼後緣切角 或說是菱形內翼搭接後掠外翼
由於後緣切角 不能像三角翼或菱形翼那樣內置多條全翼展橫樑
所以結構剛性有所損失 又或者說達成必要剛性需要投注更重或更貴結構
其於不明 |
Edited by - oops on 03/16/2020 14:23:46 |
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NET
新手上路
115 Posts |
Posted - 03/16/2020 : 23:51:04
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所以問題是？？？
另外前緣後掠是為了面積律，不是躲馬赫錐。 |
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oops
路人甲乙丙
689 Posts |
Posted - 03/17/2020 : 07:25:13
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比如說後掠翼
或者說展弦比較大的翼型有利巡航這種說法 真有其事嗎？
是怎麼辦到的呢？
相對來說梯形翼巡航較差嗎？三角翼 菱形翼又如何呢？ |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 03/19/2020 : 08:58:02
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這問題其實不應該抓外型,要抓展弦比與後掠角兩個要素,其他都是衍生.
展弦比的問題應該這樣理解,機翼升力產生的理由是翼面上下壓力差,氣流會從高壓區流向低壓區,被機翼擋住就會推動機翼,這個推動的力量就是升力.但在接近翼端的部分,高壓區不需要去推機翼,直接向外流到翼端外就會進入低壓區,導致升力減低甚至不產生升力,這產生翼端渦流,並連帶讓稍微內側的氣流會往外流,因此會產生以翼端為中心的升力降低現象,翼展越長則外流的部分比例就越低,所以升力效率越高,而評估翼展長短的參數是展弦比.
後掠角與震波阻力及升力效率的關係都是三角函數,所以要減低震波阻力,後掠角越大越好.但不管前掠翼後掠翼甚至三角翼之類,都有一個問題,前面講那個氣流外洗,基本上翼尖等於是後掠角90度的極端後掠翼,後掠角沒那麼大的後掠翼照樣也會產生這種氣流從下往上翻的現象,這個搞得好就是增加升力與高攻角控制性的渦流,搞不好就是紊流與阻力.
這兩個基礎抓準後,剩下的就是些衍生效應,比方結構是否容易扭轉導致失控,或是拉高攻角的阻力會不會太大之類.大後掠角機翼在高攻角時因為前緣氣流上翻的渦流,氣流會比低後掠角的穩定,但是像三角翼這種,則會因為面積大導致拉起來的阻力大,很容易很快減速,一般說的三角翼高攻角性能不佳,不是說氣流不穩定,而是說速度減太快. |
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oops
路人甲乙丙
689 Posts |
Posted - 03/22/2020 : 14:29:50
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既然說外翼段氣流外洗本身的成因就是翼端渦流;
反過來說客機加裝翼端帆(翼稍小翼)控制翼端渦流時
就也能一併控制外翼段氣流外洗囉? 藉由翼端帆破壞翼端渦流成形?
近來有研究用雁型隊形減低翼端後方的友機油耗
其原理是翼端渦流會在遠方形成低壓區 把友機往前吸?
是說 個人最近開始好奇 翼端渦流與翼端外洗是不是在低速(近失速域)更嚴重?
因為一些氣動裝置都特別強化低速域控制力
比方F-86A/E型的翼前緣縫翼 多在低速作用
還有F-16的可變彎度主翼(低速時 前後襟翼的下放角是最大的)
M2000的二段式電控縫翼好像也是... |
Edited by - oops on 03/22/2020 14:40:32 |
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oops
路人甲乙丙
689 Posts |
Posted - 03/22/2020 : 14:34:41
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再請教
通說大後掠三角翼比等面積梯形翼更適應高倍音速
是因為高於穿音速域時 阻力問題不再與震波阻力有關
回歸到類同次音速域那樣與正截面積 總浸潤面積 後部低壓區 紊流等有關?
所以相對小翼展的大後掠三角翼比寬翼展梯形翼吃香? |
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dasha
版主
41804 Posts |
Posted - 03/25/2020 : 07:36:57
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翼端小翼確實能降低翼端渦流強度,但這玩意本身也會帶來阻力,以及對翼端的應力,所以使用上要謹慎.
低速時的氣流容易失控,或者這樣說,有些東西是時間函數,比方某個部分出現紊流,0.05秒後這個紊流的影響範圍就會從1公分擴大為10公尺,對於0.6Mach,也就是秒速近200公尺的飛機來說,這個紊流影響範圍擴大到10公尺時,飛機已經在前方10公尺,紊流區多半已經脫離機翼;但0.2Mach的飛機,秒速還不到70公尺,這時這個紊流區很可能在機翼後緣,機翼上10公尺範圍的氣流都處在無法預測的紊流狀態,很典型的失速......
基本上後掠角越高,超音速時要面對的震波強度會越低,所以越適合約1~5Mach的超音速環境,就只是這樣,引進其他的東西只是會造成思緒混亂. |
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