网友提问:到底什么是飞机的后掠翼?

专家解答:

正如鸟类需要翅膀才能翱翔蓝天一样,为飞机安装一副好用的“翅膀”一直是人们不懈追求的目标。早期的飞机一般都采用平直翼,但随着飞行速度的提高,飞机会在高速俯冲时因解体而坠毁。后来,科学家们发现当飞行速度接近音速时,飞机会遇到极大的阻力,就像撞上了看不见的“石墙”。这时,飞机要么速度难以再提高,要么承受不住巨大的冲击力而粉身碎骨。这看不见的“石墙”也称激波。激波的锋面正好在声速时是平直的。随着速度的增加,激波的锋面变成圆锥形,锥的后倾角度随速度增加而增加,锋面背后的空气重新回到亚声速。

如果平直的机翼像燕子的翅膀一样后掠,“躲”到机头引起的激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。德国人阿道夫布斯曼在上世纪30年代就提出了后掠翼,只是没有引起当时人们的重视而已。飞机的后掠翼就是前、后缘向后伸展的机翼,呈锥形。表征机翼后掠程度的指标是后掠角,即机翼前缘与水平线的夹角。通常所说的后掠翼飞机,指机翼后掠角多在25度以上的飞机。毫不夸张的说,后掠翼的出现是机翼形状的一次重大变革,对飞机发展产生了极大影响。如今我们所看到的高亚音速和超音速飞机,无一例外都是采用后掠翼或由其改进的后掠三角翼。

事实上,后掠翼无论是对于亚声速飞行还是对于超声速飞行都大有益处。对于亚声速飞行来说,后掠翼可以提高阻力发散所对应的飞行马赫数;对于超声速飞行来说,后掠翼则可以减小激波阻力。后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没有达到超声速时就已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以形成上下表面气流的速度差,进而导致压力差而产生升力的。

在高亚声速时,机翼上表面气流速度可以超过声速。采用后掠翼的话,迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量(法向分量)和平行于机翼前缘的分量(展向分量),法向分量产生升力,展向分量不产生升力。后掠角等于零时,法向分量和迎面气流相等;后掠角越大,法向分量越小。也就是说,通过使用合适的后掠角,高亚声速飞机的机翼上表面气流在法向可以降低到声速以下,避免激波阻力。后掠翼大量使用在跨声速(0.8-1.2 倍声速范围内)和高亚声速飞机上,像歼-6 战斗机、各种波音和空客客机。