变后掠翼(Variable sweep wings) ,机翼的角可大可小,能够随意变动。采用大 后掠翼 飞得快,可以攻击、作战,采用小后掠翼 升力 大,便于起飞降落。采用变后掠翼可适应各种不同的飞行状态。
变后掠翼中多数只是外翼部分可以改变后 掠角 ,因外翼部分的重量和产生的升力只占全机翼重量和升力的一部分,故当外翼后掠角变化时,引起全机的重心和升力作用点的变化就小得多。
变后掠翼这种设计思想的第一次应用是在美国的 F-111战斗轰炸机 ,从此战斗机多了一个种类:变后掠翼战斗机,在之后 英国 、 德国 、 意大利 三国联合成立的 帕那维亚飞机公司 的狂风 超音速战斗机 等都采用了变后掠翼。
设计原理
变后掠机翼是50年代以后开始出现的一项新技术。它的基本设计思想是让机翼前后转动,以改变后 掠角 大小,使飞机同时兼顾高速和低速飞行的 气动 要求,扩大飞行速度范围。具体讲,就是当飞机起飞、着陆或需要作低速飞行时,将机翼往前转动,减小后掠角,以提高飞机的低速飞行性能,缩短起落滑跑距离;而当飞机需要作高速飞行时,将机翼往后转动,增大后掠角,以减小飞行阻力,提高飞机的高速飞行性能。由此可见,变 后掠翼 技术可以解决 超音速飞机 的高低速矛盾,改善起飞、着陆性能,这是好的一面。但是采用变后掠翼也会带来新的问题,如改变后 掠角 时,飞机的重心位置和 升力 作用点也会改变,使得飞机不易操纵,此外,在结构上也需要付出代价。为了解决这些问题,目前所采取的措施是采用外翼部分转动(内翼仍为固定翼)、设置燃油输送系统和使用高强材料等。
优点
通过机翼后掠角变化,使飞机在低速和高速飞行中获得理想的机翼前缘升力。
后掠翼虽然空阻小,但存在机翼前缘升力不足的缺点,而且后掠角越大,升力系数越低,使得飞机在起飞,着陆,空速限制等指标上都不理想.可变后掠翼在起飞,着陆和低速飞行时,使用较小的后掠角,使机翼前缘升力增加,机翼效率提高,而高亚音速和 超音速 飞行时使用大后掠角,提高飞机的加速性能和高速飞行能力。
缺点
变后掠翼飞机的主要缺点是:机翼转动的机构复杂,重量大;活动外翼的载荷全部集中在枢轴上,而枢轴又必须灵活地转动;固定翼内部必须留出足够的空间容纳缩进的外翼部分。固定翼与活动翼之间还需要有密封罩,以减小阻力;此外,还要有一套强有力的驱动装置,在飞行中能快速地改变后 掠角 ;如果活动外翼下有 外挂 物( 副油箱 、 导弹 或炸弹),还需要一套协调机构,使它们在机翼改变后掠角过程中始终保持顺气流方向。活动翼的操纵方式有人工和自动两种。在人工操纵方式中,机翼可有小后掠、中后掠和大后掠三个位置,驾驶员可根据飞行状态加以选择。先进飞机更采用自动无级变后掠角装置,其后掠角可随飞行 马赫 和高度的变化,自动保持在最有利的状态。
变 后掠翼 由于结构复杂引申出很多问题。为了支持机翼后掠角的可变,机翼必须由可变动机构组成。增加了机身重量,机翼悬挂点减少,负载减少,灵活度减少。增加了机构的复杂度与固件的数量,可靠性成几何 倍数 的降低,同时生产复杂度和维护费用成几何倍数的增加,从而造成付出多余回报。而且就算牺牲如此多的方面也不能弥补其结构上的强度的降低。
如经典之作 F-14战斗机 。先是去掉了 副翼 ,而后其关键部位必须使用不能常规焊接的 TC4 制造,为了其 空气动力学 原理,甚至使用了类似气囊的部件来补充机翼后缘缺失的部分,就算如此其重量还是大大的超过了同类战机。从而大大的增加了制造和维护费用。对于一种常规性武器的批量生产这是很不利的。
不过,就算其有以上这些问题存在,无法掩盖其机动性能上的强大优势。
可变后掠翼飞机设计复杂,操纵也非常麻烦,故障率也比较高,最要命的是复杂的变翼机构限制了飞机的载荷,外型,隐身等一系列性能的提高。
而现代飞机设计通过采用双三角设计,鸭翼,跨 音速 面积率曲线设计,大边条设计, 翼身融合 技术等现代技术可以很好的弥补 后掠翼 的不足,使飞机获得非常好的性能,而避免了变翼飞机的诸多不足,所以没有必要采用变翼这种复杂的设计方式了。
发展沿革
世界上第一种变后掠翼战斗机 F-111战斗轰炸机 ,是由 通用汽车 动力公司 于1965年研制成功的。亚音速和 超音速飞机 大部分采用大后 掠角 的机翼,这种机翼和平直机翼相比,更有利于高速飞行.但低速飞行性能不好,转变半径大,起飞和着陆滑跑距离比较长。于是,有人开始研究能在飞行时改变机翼的后掠翼角度的飞机,起降和低速飞行时呈平直机翼,在高速飞行时呈后掠翼或 三角翼飞机 型,较好地解决飞机低速和高速飞行性能的矛盾。早在 二次世界大战期间, 德国 就已进行了这项研究。 美国 战胜并占领德国后,在此基础上于1948年开始变后掠翼飞机的技术试验。 F-111战斗轰炸机 就运用了上述技术成果。此后, 苏联 的 米格-23战斗机 、美国的 F-14战斗机 和 英国 、 联邦德国 、 意大利 联合研制的 狂风战斗机 也采用了变 后掠翼 技术。
实战应用
1946年英国人最早开始研究变后掠翼,但是美国人后来者居上,于1964年底将第一架实用型变后掠翼飞机F-111送上了天。此后,变后掠翼开始在 多用途战斗机 和 战略轰炸机 中广泛使用,出现了如 前苏联 的 米格-23 、 图-160轰炸机 ,西欧的“狂风”和美国的F-14、B-1等变后掠翼飞机。
主要机型介绍
米格--23
米格(mig)--23战斗机是一种变后掠翼单座单发 超音速战斗机 ,是70年代 苏联 空军用以取代 米格-21战斗机 的主要制空战斗机。该机兼有较强的对地攻击能力。西方把它称为“鞭挞者”。
米格-23战斗机 于1963年开始研制,1970年投入生产并装备前苏联空军,1973年开始大量生产,其后不久即出口外销。到1986年停产时,生产总数已逾4000架。除 前苏联 外,使用该型飞机的国家还有 保加利亚 、 捷克斯洛伐克 、 阿尔及利亚 、 埃及 、 伊拉克 、 叙利亚 、 埃塞俄比亚 、 利比亚 、 越南 、 古巴 、 波兰 和 印度 等。
米格--23约有10种改型,技术、战术性能逐渐改进。除机翼未?机身特别是机头部分变化明显,有的改型已成为专门用途的作战飞机,如 米格-27攻击机 是专门的对地攻击型,编号也已经改为 米格--27 。
米格-23战斗机 飞机是 苏联 第一种 重型战斗机 ,其外形脱离了 米格战斗机 机头进气的传统样式,改为两侧进气,得以在机头装大直径天线的火控雷达,实现了超视距攻击。采用变 后掠翼 技术,改善了起降性能和增大了航程,同时减小了跨、 超音速 阻力。
米格--23突出的性能是平飞速度大,高空时达2.35倍 音速 ,低空表速达1350公里/小时,且水平加速性好,利于低空突防、高速拦截和攻击后脱离。但该机的高空性能不突出,中低空机动性较差,如在5000米高度、0.9倍音速的最小盘旋半径为2200米,比 米格-21战斗机 的还大,表明其近距格斗能力较差,无法胜任其主力制空战斗机的使命,只适于中、低空高速拦截使用。而它的对地攻击型由于武器挂载量较大,航程较远,低空突防速度大、装甲防护较好,倒不失为一种对地攻击能力较强的战斗机。
米格-23战斗机 装有“高空云雀”火控雷达、多普勒导航系统、自动驾驶仪和仪表着陆设备,还有激光测距、雷达告警等设备。对地攻击型还可挂 空地 导弹 和 战术核武器 。 伊拉克空军 装备了不少 米格--23战斗机 ,但在 海湾战争 中无建树,反而被多国部队空军在空中击落9架。
F-14“雄猫”
F-14"雄猫"TOMCAT战斗机是根据 美国海军 70年代到80年代舰队防空和护航的要求;由 格鲁门 研制的双座 超音速 多用途 舰载机 .它的主要作战任务为:
⒈护航:在一定的空域夺取并保持 制空权 ,驱逐敌战斗机,保护己方的攻击力量.不带 副油箱 的活动半径为720-800公里,能在目标上空3050米高度用 航空机炮 和“麻雀’ 导弹 作战2分钟。
⒉舰队防空:能在距舰队160-320公里的空域巡逻2小时(带副油箱和“不死鸟”导弹)或从 航空母舰 甲板弹射起飞执行截击任务.
⒊遮断和近距支援:可载6500 千克 低阻炸弹和两枚 “响尾蛇” 空空导弹 执行远距遮断或近距空中支援作战任务.挂6颗MkB2炸弹,攻击1600公里以外的地面目标,能保持5分钟的空战能力。
狂风战斗机
英国 、 德国 和 意大利 共同研制的双座双发可变翼战斗机,1969年3月开始研制,1974年8月首飞,1976年开始批量生产,1980年服役。有防空型(ADV)、对地攻击型(IDS)、电子侦察型(ECR)三种型号,各型飞机共生产993架。对地攻击型(IDS)装有两台R199-34R-MK103涡扇发动机,单台最大加力 推力 79.2千牛,推重比为7一级。机长16.72米,机高5.95米, 翼展 13.91米(最大)、8.6米(后掠), 最大起飞重量 27215公斤,最大速度2.2 马赫 , 作战半径 1390公里。机载武器为2门27毫米 航空机炮 ,7个外挂架,可挂4枚“空中闪光”半主动雷达制导中距 空空导弹 以及2枚AIM-9L红外空空导弹,各种 空对地导弹 和炸弹,最大载弹量9000公斤。