前掠翼的飞机有什么缺点?

前掠翼有什么缺点?

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其实这事说来话长。


最早的飞机大家都知道,是平直翼,基本上机翼与机身垂直,没有向前或向后的迎角。这种设计在接近音障的时候遇到了瓶颈。


那么音障又是咋回事呢?原来是飞机飞行的时候,飞机的机头会产生向前的激波,就好像船行时船首在前方推开波浪一样。压力波以声速一层一层地向外传递,亚声速飞行时,前方空气在激波推动下有序地向两侧让开飞机飞机速度,而接近声速时,激波不再可能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反,激波挤到一起,密度剧增,像坚硬的石墙一样。跨声速飞行的飞机顶着一大片看不见的石墙飞行,导致阻力激增,这就是声障的由来。


那么为了突破声障,就涉及一个课题——推迟激波。激波的锋面在正好是声速的时候是平直的。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。如果平直的机翼带一定的角度,“躲”到激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。而这里就出现了前掠和后掠两套推迟激波的方案,两者的原理是一样的,空气其实只对这个斜掠的角度感兴趣,对机翼是后掠还是前掠是不在乎的。反正设计的目的是让尽量多的机翼面积处于激波的亚音速区就好了。


所以实际上在二战时期各国在设计高速飞机的时候,前掠翼和后掠翼的研究其实是同时进行的,德国佬也搞出过容克287这种前掠的实验机型。


后掠翼不必说了,高速性能好,主流技术。但后掠翼的问题是低速性能差,升力不高,为此搞出了大三角翼,鸭翼,可变后掠翼等一堆办法来解决这问题。


而前掠翼在低速情况下升力也很好,因为重心更合理所以机动性也高,滚转和垂直机动动作也更敏捷。在性能上有很多优势。


那么为啥前掠翼没成为主流技术来呢?这里需要说前掠翼的一个要命的问题——弯扭发散。对于前掠翼来说前伸的机翼在飞行时机翼受到气流作用会产生扭曲,然后这种扭曲又会使机翼的迎角增大,又使得飞机机翼受到的扭力变大。举个通俗点的例子就是你拿本书,用书背的那侧迎着风,风吹过来书页是不会被翻开的,相反风越大书页会拉的越紧越难翻开。而如果你将书页那面迎风,只要掀开一点点书就哗啦哗啦的被吹开了。前者就类似后掠翼的情况,后者就类似前掠翼的情况。


而解决这个弯扭发散的问题就得增加结构重量,或者限制飞行的迎角,前者增加的重量足以抵消前掠翼的性能优势,而后者带来的安全隐患也很大,所以前掠翼技术一直无法成为主流技术被采用。




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