征服蓝天,谁是机翼中的王者

2021-01-17 07:31星辰月
课堂内外(小学版) 2021年6期
关键词:三角翼翼尖纸飞机

星辰月

小cool 龙!快来评评理!

等会儿,等我换上法官的衣服。

讨厌!你瞧,我们班要举行纸飞机比赛,我说纸飞机的翅膀越大飞得越久,可同学说翅膀越小飞得越久。你说,谁说得对?

纸飞机我不知道,真飞机我倒是可以说道说道。

青铜级 慢慢悠悠双层翼

翻开飞机的历史,我们不难发现,莱特兄弟发明的第一架有动力的飞机——飞行者一号,就是一架拥有双层翼的飞机。之所以选择这样奇怪的造型,是因为飞行者一号的速度不够,只能通过添加机翼的方式来获得足够的升力。增加一副机翼,能提升大约20% 的升力呢。因此,后来甚至出现了拥有三层机翼的飞机。

白银级 撞“墙”尖兵平直翼

随着发动机技术的发展,飞机的速度越来越快。升力足够,多出来的机翼就成了累赘,因此在二战时期,只拥有一层平直翼的飞机就占领了天空,将双层翼飞机打入了博物馆和表演场。

但平直翼也有致命的缺点。如果飞行速度过快,接近高亚音速(0.8 倍音速)的时候,机翼受到的飞行阻力就会突然增大,飞机就像撞到了一堵空气墙一样,要么失去动力,要么直接解体——叭嚓!

飞机撞上空气墙,遇到的问题其实类似于我们在水中行走。

不用双手划水,我们仅靠双腿在水中前行,会看到水自然地从我们身前退向两边。如果水退向两边的速度跟不上我们前进的速度,就会在我们的身前堆积、挤压,从而形成阻力,让我们难以前行。

当飞机的速度接近音速时,空气就会在飞机前方被压缩,最终形成难以逾越的空气墙。这堵“墙”被称为“音障”。

黄金级 直冲云霄后掠翼

人们一度以为,飞机前面的音障是不可逾越的,因此飞机只能亚音速飞行,直到后掠翼的出现才打破了这个“魔咒”。那么,为什么后掠翼飞机能突破音障呢?

当飞机在高速飞行时,空气相对飞机也在高速后退。对于平直翼飞机来说,空气通过机翼的速度会比通过其他部位快,也就是说,机翼会更早地撞上音障;就算机翼突破了音障,其他部位又会相继撞上去。突破音障就成了一个艰难的过程,对飞机的强度和结构都是巨大的考验。

而机翼向后伸展,会让空气通过机翼的速度变慢,最终撞上音障的就成了整架飞机。这时如果发动机给力,机身强度足够,飞机就能一鼓作气撞开“空气墙”,成功突破音障!

飞机撞开空气墙之后,就能以更快的速度飞行,我们称为“超音速”。那么,这个时候,空气墙去哪儿了?空气墙还是存在的,只不过它形成的速度已经赶不上飞机飞行的速度了,所以无法给飞机带来阻力。

铂金级 生不逢时前掠翼

但是,后掠翼也不是完美的。由于翼尖朝后,空气会顺着机翼在翼尖堆积,造成机翼失去平衡。严重的话,飞机就会在空中不由自主地左右摇摆,甚至翻滚,进而失去控制。那么,如果翼尖朝前呢?前掠翼就此诞生。

翼尖朝前,不但有效地解决了气流在翼尖堆积的问题,而且能让飞机在飞行时更加灵活机动。但是,如此一来,翼尖受到的升力会变大,就像有一只无形的手在往上抬翼尖一般。除非使用强度高、价格贵的复合材料,否则,一般材质的机翼,终究会因为承受不住这股力量而折断。也正因为如此,前掠翼飞机至今也只是停留在验证阶段,无法在蓝天纵横驰骋。如果材质的问题解决了,前掠翼飞机或许就能迎来新生。

钻石级 飞行专家三角翼

有没有一种机翼能真正解决后掠翼的问题呢?别说,还真有!那就是三角翼。

三角翼,也就是呈三角形的机翼。它形似后掠翼,但与机身的连接更多,因此强度更大、更稳定,能够对抗在飞行过程中产生的各种气流状况。三角翼一出,立马大受欢迎,如今的超音速战斗机,基本上都选择了三角翼。

那么,三角翼就没有缺点吗?当然也有。三角翼强于飞行,但弱于起降。三角翼面积大,需要的升力更大,因此飞机需要滑跑更长的距离才能起飞;同样的,降落时速度不能太慢,否则升力不够,飞机容易一头栽到地上。当然,对于战斗机来说,解决飞行时的问题才是最重要的。

王者级 集众所长变后掠翼

后掠翼飞行不够稳定,三角翼起降有隐患,于是,有人想到了将这两种机翼结合,取长补短,这就是变后掠翼。

变后掠翼,就是在起降或亚音速巡航时,机翼张开,呈后掠翼状态,以满足低速起降或巡航的要求;超音速飞行时,机翼向后折叠,变成三角翼状态,从而让飞机更加稳定高速地飞行。但是,这种机翼对飞机的设计要求极高,特别是要在飞行过程中改变机翼形态,可不是一件容易的事情,因此,使用这种机翼的飞机依然是凤毛麟角。

不同的机翼,不同的用途

机翼的变化,既是一个不断发展的过程,又是一个各自发光发热的过程。不同的机翼,根据自身的特点,在不同的场合扮演着主角。

双层翼

适用于速度慢,需要超低空飞行的飞机,如农药喷洒机。

平直翼

适用于强调高空、低速飛行的飞机,如高空侦察机、预警机等;或强调低空、超低空突击能力的飞机,如强击机。平直翼的平面形状包括矩形、梯形或半椭圆形等,有时候也会略微后掠,但后掠的角度不会大于20 度。

后掠翼

适用于强调飞行安全和起降安全,不需要超高速飞行的飞机,如客机。

三角翼

适用于强调飞行速度和空中机动能力的飞机,如歼击机。

变后掠翼

适用于兼顾短途低速起降和高速飞行的飞机,如舰载战斗机;或既需要超高速来突破敌军防线,又需要低速巡航攻击预定目标的飞机,如战略轰炸机。

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