飞翼传说[组图]

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导读:   美国 B-2 隐身轰炸机的出现,把飞翼的发展推进到一个崭新的阶段,有人预测飞翼将是未来飞机的标志。   人类从开始制造飞行器之日起,就想到飞翼了。飞翼是一般飞机去掉后机身和尾真的无尾飞机。不言而喻,这种飞机可大大减轻重量,降低阻力,节省制造费用,并且加上其惯性低,还增加了飞行的机动性。在大飞翼飞机宽敞的机翼内,还可安排客、货舱和各种设备。   早期一些航空先驱坚持飞翼的研究,竭诚致力其发展,但进展不大,生产较多的也只有 1944/1945 年间德国制造的 梅塞施米特 163 火


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美国 B-2 隐身轰炸机的出现,把飞翼的发展推进到一个崭新的阶段,有人预测飞翼将是未来飞机的标志。

人类从开始制造飞行器之日起,就想到飞翼了。飞翼是一般飞机去掉后机身和尾真的无尾飞机。不言而喻,这种飞机可大大减轻重量,降低阻力,节省制造费用,并且加上其惯性低,还增加了飞行的机动性。在大飞翼飞机宽敞的机翼内,还可安排客、货舱和各种设备。

早期一些航空先驱坚持飞翼的研究,竭诚致力其发展,但进展不大,生产较多的也只有 1944/1945 年间德国制造的

梅塞施米特 163

火箭动力的无尾截击机。直到 70-80 年代,随着悬挂滑翔机和超轻型飞机飞行运动的蓬勃发展,飞翼才取得迅速的发展。

在滑翔机和超轻型飞机领域内,飞翼在重量、制造费用和阻力方面都显示了极大的优越性。采用了飞翼,也使超轻型飞行器设计得轻巧、美观。飞翼几乎占领了超轻型飞机的领域。航空技术日新月异的发展,解决了飞翼的稳定性和操纵性问题后,飞翼设计就很吸引飞机设计师。飞翼在飞行中受到外界干扰时,能自动恢复到正常飞行姿态,不须外加操纵,即使飞翼进入螺旋或失速状态,也能保持其操纵性和稳定性。

80 年代,随着飞行器隐身技术的发展,三角飞翼的隐身轰炸机以独特的面貌出现,开创了未来飞行器崭新发展的道路。

飞翼结构的修正

飞翼在早期的发展中发现有以下问题:

1,俯仰不稳定。如果升力中心(压力中心)与重心不靠近,飞行中机翼会绕横轴翻转。飞翼在某一飞行速度下还容易保持稳定,但是一旦飞行进度和姿态变化时,压力中心移动,就很难说会保持稳定飞行。

2,俯仰操纵的力矩小。因为在平直机翼的飞翼上,一股配平控制的升降舵很靠近重心,所以操纵力臂短,操纵效能也就大大降低了。这就是说,需要增大操纵力臂和作用力来弥补小的力矩。在水平飞行中为很小的配平校准,就要移动升降舵,这样就增加了所谓配平阻力。

飞翼的方向舵放在什么位置合适,也是设计中考虑的另一重要问题。多数飞翼都装有方向舵和升降舵,不装的情况绝少。由于操纵力臂短,效果差,所以垂尾做得比较大。有的飞翼还在短机身稍为加长,在尾部装一个方向舵,以增大操纵力矩。还有的飞翼在翼梢两端装上方向舵或在机身或短舱两侧内部装上方向舵,来增大操纵力矩。

实际上飞翼是很容易做到有后掠的,并且可把升降舵安置在翼梢处,这样就增大了距重心的距离,操纵效果也提高了。为了使副翼相对于纵轴(侧滚轴)的操纵力矩最大,副翼也装在翼梢处,自然就顺理成章地把升降舵和副翼结合在一个面上,成为“升降副翼”。

飞翼两梢的升降副翼,若两侧同向偏转,则起升降舵的作用;若两侧反问偏转,则起副翼的作用,操纵时视需要,变换其间的关系。

典型飞翼的发展

利比肖的三角飞翼

第一次世界大战结束后不久,德国便蓬蓬勃勃开展滑翔机飞行运动,他们用非常规的结构,生产了大量滑翔机,竞相探索提高滑翔机的飞行性能。1921 年德国一位年青的工程师阿列克山大.利比肖(Alexander Lippisch)走在运动的前列,最先制成飞翼滑翔机。

利比肖的飞翼滑翔机的首先出现,把当时悬挂式滑翔机的发展推进了一大步。这架滑翔机的特点是机翼具有相当长的翼展,稍为后掠,升降舵的转折大,驾驶座设在敞开的构架“机身”上,中心线处设有起落机轮,从机翼上向下伸出两根支杆用作操纵作用。两翼捎下方有垂直尾面和方向舷。

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利比肖的首架飞翼滑翔机 E2

作为竞赛用的滑翔机,利比肖早期设计的这种飞翼滑翔机鼓舞他奋力进取,奋斗了四分之一世纪,终于成为世界飞翼设计权威的先驱设计师。

利比肖进一步对飞翼滑翔机、轻型飞机和动力飞机进行研究。1930 年他精心设计的“三角”I 号轻型民用飞机,在性能、稳定性、操纵性和设备方面,都超过了当时的先进水平。

这架三角飞翼最引入注目的设计特点是仍然是小后掠机翼,机翼后缘平直。对发展三角飞翼却具有重大的历史意义,以后公认利比肖是三角飞翼设计的先驱。

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Delta I

利比肖的设计采用了新式机翼,与其说是倒 V 型机翼,倒不如说是平底等腰三角形机翼,虽然比例不是等边三角形,以后他就以希腊字母 Δ 表示这种机翼。

霍顿飞翼

在利比肖成功的鼓舞下,德国的瓦尔持.霍顿和雷曼.霍顿兄弟,积极从事飞翼的研究。1931 年,16岁 的瓦尔特.霍顿制造了第一架霍顿 Ho I 飞翼滑翔机。接着又从试飞中对原型机进行改进,造出 Ho II 飞翼滑翔机。

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Ho I

从 1934 年至 1944 年,霍顿共制有 5 种不同的飞翼(1941 年霍顿 Ho V 是装了两台发动机的霍顿 Ho III 型滑翔机)。这两种滑翔机都有很高的升阻比。在第二次世界大战前,德国开展滑翔机竞赛运动期间,这两架滑翔机飞进了雷暴区,被卷进严重的气旋中。两飞行员都跳伞下来,一个发现气旋较迟,在跳伞过中丧生;另一名飞行员借上升气流保持救生伞上升,他几乎在空中与风暴博斗了两个小时(这种情况当时还不是第一次,在强的上升气流中,跳伞员要保持上升姿态)!

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Ho V(上) 与 Ho II

第二次世界大战中霍顿还为哥特公司生产 Ho IX 飞翼,装两台 900 公斤推力的容克喷气发动机,试飞中飞行速度达到了每小时 900 公里。这架高速飞翼战斗机在低速和高速飞行中操纵性很好,但由于技术上的许多原因不能正式投入生产。总之,喷气飞翼已在航空领域卓有成效地起步腾飞。

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Ho IX(Go 229)

诺斯洛普 N-1/N-9 系列飞翼

美国飞机设计师约翰.诺期洛普早在 1973 年制造成功有名的“织女星”号飞机之前,就走在“简洁”飞机设计的前列。他的设计思想相继在他自己三个公司生产的飞机上体现出来。1940 年他设计的飞机去掉了机身和尾翼,“简洁”到只有机翼。跟霍顿的设计一样,在以后的岁月里,他也取消了尾部传统的垂直安定面和方向舵,沿着真正“飞翼”设计的另一条道路发展。

作为一家主要制造商,他在验证 N-1M 飞翼小型试验机之后,激起了美国陆军研证飞翼可能性的兴趣。N-1M 飞翼在机翼内埋装两台福兰克林 65 马力的发动机,通过延伸轴,驱动两个推进式螺旋桨。由于 N-1M 飞翼是飞机,而不是象霍顿的滑翔机,所以具有气泡形封闭驾驶舱盖,阻力还不是很大。驾驶舱位布局在前缘背部,严重影响了飞行员的向下视界,但对于验证机来说是个小问题,这架飞翼为木材和金属结构,并且还可广泛使用其他替代材料。

N-1M 飞翼最初的设计还有机翼外段下折的变异。机翼上装升降副翼,代替方向舵的是升降副翼外的后缘副翼,副翼可张开,增大阻力拉动机翼转弯。

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N-1M,在发现了机翼外测下垂段有减小升力的副作用只有,就改成了平直机翼

1940 年 7 月 3 日,N-1M 飞翼进行了第一次飞行,相继飞行超过了 200 次。以后换成福兰克林 120 马力的发动机,最大飞行速度达到了 360 公里/小时。翼展为 11.6 米,展弦比为 4.8 ,机翼面积为 27.6 平方米,总重为 1,770 公斤。

陆军与诺期洛普签订研制 4 发动机的飞翼重型轰炸机之后,诺斯洛普根据 N-1M 飞翼,把其展增加到 18.3 米,制成 4 架 N-9M 飞翼,作为以后XB-35 飞翼轰炸机的原型机。前 3 架装 275 马力的盂纳斯科发动机,第 4 架装 300 马力的福兰克林发动机。从设计开始,这 4 架都是直机翼,没有翼梢下垂。1942 年 11 月27日第一架进行初次飞行,但飞行 50 次以后却坠毁了。另外 3 架在以后 3 年中充分准备,拟定了详细计划进行了试飞。有一架现在陈列在 NASA 博物馆内,其他两架已翻修后投入使用。N-9M 飞翼的总重为 3,220 公斤,展弦比 7.34 的机翼面积为 45 平方米。N-9M 4 号机最大飞行速度为 410 公里/小时。

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N-9M

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飞翼轰炸机

XB-35

1946 年 7 月 25 日,当时世界上最大的全翼式飞机XB-35从诺斯洛普飞机公司厂区跑道成功地飞上天空,使美国航空向着未来跨出引人注目的一步。这次飞行证明,这种飞机不象常规飞机那样有机身和尾翼,避免了附加阻力。

这种气动力布局的基本方案是从 1940 年以 N-1M 系列的 1/3 缩比飞行模型进行的首次试飞。1941 年 9 月,开始了实际轰炸机的设计。11 月公司与空军签订了 XB-35 原型机的合同。不久又增订了第二架原型机。

首航时,这种“飞翼”上装有四台 P&W 公司的“大黄蜂”活塞式发动机,驱动反向螺旋桨。每具发动机功率 3,000 马力。两桨轴间的距离足以平衡任何偏航的倾向,反向旋转的螺旋桨增加了稳定性,星形发动机的冷却空气从机翼前缘开缝的导管引入。

飞机用襟翼副翼即襟副翼控制,需要时可单独控制。翼梢后缘的蛤壳门起到方向舵的作用,门扇打开时,产生了所需的偏航阻力。襟副翼操纵侧滚。在翼梢前缘有自动缝翼。驾驶舱内采用了与普通飞机类似的控制装置。

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首架 XB-35 准备进行滑跑测试

XB-35 飞翼的最大飞行速度为 627 公里/小时,巡航速度为 293 公里/小时,飞翼翼展为 52 米,翼面积为 372 平方米,机长 16 米,高 6.1 米,飞翼空重 40.6 吨,总重 73.6 吨,最大总重为 94.9 吨。机上可携带 19 吨的炸弹,带 18,000 加仑燃油的航程为 16,000 公里!

XB-35 飞翼的武器装备是极难对付的。在机体结构的几个炮塔上装有 20 多门 12.7 毫米口径的机枪。机背、机腹、机尾主炮塔各装 4 挺机枪。机翼上下表面发动机外侧的 4 个副炮塔各装 2 挺机枪。机组编制 15 人,驾驶舱 5 人,尾锥处 4 人,还有 6 名轮班人员。

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XB-35 俯视线图,虚线为机翼下表面情形

YB-49 和 YRB-49A 飞翼

由于 XB-35 飞翼的发动机和螺旋桨存在很大的缺陷,军方希望完全改用喷气动力推进,进一步提高性能以及实用化。1945 年 7 月 1 日,陆军签订了两架飞翼改型机的订货合同。合同规定装 1,816 公斤推力的 J35-A-5 喷气发动机 8 台,型号也改为 YB-49 。

装 8 台喷气发动机的飞翼起飞重量为 60 吨,正常载荷重量 20.5 吨,但可增大到 46.6 吨。1974 年 10 月 21 日,第一架真正的喷气飞翼进行了飞行。接下来的飞行试验中,YB-49 最大速度达到 832 公里/小时,并创造了 12,810 米服役升限的纪录。在载油量为 17,545 加仑的情况下,航程为 7,210 公里。在 1,840 公里的航程下,YB-49 飞翼可装载炸弹 16.7 吨。

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飞行中的 YB-49

经过 20 个月的试飞之后,当时有效载荷和续航时间都破了纪录,但是第一架 YB-49 飞翼在飞行中解体。9 个月后,第二架飞翼在着陆中损坏。从此 YB-49 项目被终止,仅一架 6 发的 YRB-49A 喷气侦察机在继续研制。YRB-49A 的 4 具埋装的喷气发动机舱下方吊挂了两台发动机,打破了 YB-49 “纯”飞翼的外形布局。YRB-49A 上装的是 2,270 公斤推力的艾利森 J35-A-19 喷气发动机 6 台。1950 年 5 月 4 日,这架飞机首次飞行,空重 37.6 吨,总载荷达到 8.3 吨时,携带 15,231 加仑的燃油。这架飞翼经短期试飞后便被放弃。

YB-49/YRB-49A 喷气飞翼的控制手段与 XB-35 飞翼的类似。但是发动机舱上安装了 4 个短小的垂尾,以增进方向稳定性。YB-49 飞翼上没有装置武器,但尾锥上可装 12.7 毫米口径的机枪。YB-49 飞翼上机组人员有 7 人,而 YRB-49A 飞翼上只有 5 人。YB-49 的翼展为 62.5 米,长 16.2 米,高 6.1 米,翼面积 372 平方米。

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外星飞船?YRB-49A

飞翼作为飞机是成功的设计,但限于当时的技术条件,仅靠人工无法解决飞行操纵问题,直到 B-2 轰炸机的出现,才可以说真正的实用化了。

娱乐飞行的轻型飞翼

如上所述,早在 20 年代初滑翔机设计师就试图通过减轻重量,降低阻力来提高高性能而设计飞翼进行试验。虽然当时有不少滑翔机也不同程度取得成功,但没有一架正式投入生产。在德国霍顿设计的启发下,60 年代初设计师们进行了一系列的研究,有一些奇特的新设计概念开始在娱乐飞行领域中出现。

福韦尔 AV-36 滑翔机

1951 年在法国出现单座的“福韦尔”AV-36 飞翼滑翔机,业余滑翔机爱好者购买这种滑翔机的数量很大,遍及全世界。AV-36 滑翔机翼展 12.8 米,机翼面积 14.5 平方米,总重 258 公斤,驾驶座的安排比霍顿滑翔机的宽敞。方向舵和升降舵还装有调整片。这种滑翔机的最大特点是用长梯型飞翼,打破了传统后掠飞翼的设计。虽然 AV-36 是很令人满意的运动滑翔机,但是在每小时 99 公里的飞行速度下,每秒的下降速度为 1.3 米,性能相当低,无竞技能力,很快就在滑翔运动领域中消失。

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可爱的 AV-36

“米切尔”飞翼

60 年代末开始出现悬挂滑翔机的飞行运动,不管是单翼机或是双翼机,多数设计的机型部是采用传统的刚性结构。有些设计师试图采用无尾设计的老办法来减轻重量和阻力是很自然的,但加上了现代的一些新的设计概念。多数情况下,飞行员悬挂在机翼下方,由于飞行员比滑翔机重,几乎是2:1,所以滑翔机在很大程度上具有悬摆的稳定性。为保持纵向稳定性,就不强求机翼一定后掠,飞翼设计在悬挂滑翔机运动的初级发展阶段具有十分重要的意义。

最突出的设计是美国滑翔设计师米切尔设计的悬挂滑翔飞翼,主要的特点其刚性的悬臂机翼,飞行员以移动身体来控制重心位置。后又发展出动力滑翔飞翼,“机身”下面装有 3 个机轮,后面装一台二冲程发动机驱动推进螺旋桨,驾驶座安排得很惬意,飞行员可手操飞行。只要滑翔机是以飞行员跑步起飞,那么飞行员或滑翔机都不需要执照,正如对悬挂滑翔机的规定就允许无执照飞行。

1979 年,米切尔推出一种新型的设计,从草图设计直到来用动力飞行,都以 U-2 滑翔机命名。发动机装在框架结构的尾梁上,一开始就以动力滑翔机进行设计。这架滑翔机的性能较高,不能由飞行员跑步起飞,按规定作为业余制造的飞机和飞行员都得有执照才允许飞行。

1982 年,FAA 主要对悬挂机派生出的小功率的“超轻型”飞机作出新的规定。超轻型飞机的空重不超过 118 公斤,装的燃油不超过 5 加仑,最大飞行速度不大于 100 公里/小时。如果达到这些要求,超轻型飞机就允许无执照飞行。凡超过以上要求的都得办理执照。


本文内容于 2008-1-7 13:06:15 被sededede123编辑

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