变着花样飞
2022-03-26程峰
程峰
飞机的飞行效果和机翼的设计息息相关。在之前的文章里,我们介绍过水平尾翼设置在主机翼之前的歼十战斗机,正是由于这种独特的设计,它的飞行性能发生了改变。除了这种前后变化,机翼在机身上下位置的改变也会产生不同的飞行效果。
最初的螺旋桨飞机大多采用双翼设计。设计师们为了提高飞机的升力,将机翼设计成两层。后来,随着飞机速度的增加,单层机翼也能够提供足够的升力了,于是单层机翼的设计便成了主流。按上下位置的不同,单层机翼大致可分为上单翼和下单翼两种类型。
目前世界上大多数喷气式客机都属于下单翼结构。下单翼的设计可以让机翼在机身下部形成大梁,组成一个名叫中央翼盒的结构,这种设计使机翼具有极高的强度。同时,起落架还可以布置在机翼根部,起飞之后刚好可以收在飞机腹部,如此一来,起落架的结构也相对简单。这些都是下单翼结构带来的优势。
在军用飞机中,上单翼和下单翼的设计都有广泛应用。我们介绍过的变后掠翼的超音速轰炸机F-111,就属于上单翼设计。
同样是变后掠翼的超音速轰炸机,也有设计成下单翼的机型,比如俄罗斯著名的超音速轰炸机Tu-22M,它还有一个外号:逆火。Tu-22M的长度约为42.5米,比常规的客机还要长。比如平时常见的客机——空客A-320,它的长度约为37.5米,比Tu-22M还要短上一截。
Tu-22M的性能也不错,经过不断升级,它依然是俄罗斯战略轰炸机群的重要組成部分。“逆火”具有速度快、航程远的特性,还具备一定的超低空突防能力。“逆火”虽然开始研制于20世纪60年代,但即使放在今天依然是一款不错的轰炸机。
从外形上看,“逆火”的进气道分布在机身两侧,并且进气口还向下倾斜。在进行超音速飞行时,机翼的后掠角度比中央翼盒的角度还要大。另外它还有一个非常明显的特征——一条长长的垂直尾翼。接下来我们就参照这些外形特点,用一张A4纸来制作一架Tu-22M“逆火”轰炸机。
下面是试飞阶段。为了保证高速飞行的性能,这次我们只做了部分翼面,用于飞行姿态的微调。
将机翼水平展开,用大拇指和食指捏在机身中间靠下的位置,轻轻往前掷。如果发现飞机往一侧偏,就反向调整方向舵,使得“逆火”沿直线往前飞行。
接下来是这次飞行的主要测试环节:测试主机翼上下倾斜给飞行带来的影响。将主机翼按下图的样子向下倾斜,折好后往前掷。
“逆火”向前飞行了一小段距离后,忽然一个翻转,倒着飞行起来。
然后将主机翼向上倾斜,折好后再往前掷,“逆火”终于又可以平稳向前飞行了。
为什么“逆火”的机翼向下倾斜,就容易翻转过来倒着飞行呢?这是因为升力的中心发生了变化。
空气在流过机翼的时候,会产生托起飞机的升力,这个力作用于机翼上。对于下单翼的飞机来讲,当机翼向下倾斜的时候,升力中心就会低于飞机的重心。这时的飞机就如走钢丝一般,很容易翻过来。
所以下单翼的飞机为了实现平稳飞行,往往机翼是微微翘起来的。特别是我们乘坐的客机,两侧的机翼往往会翘得很高。我们坐飞机旅行的时候,通过侧面的舷窗就能观察到这个特点。
现实中有没有飞机的机翼是向下倾斜的?答案当然是“有的”。很多上单翼飞机机翼的设计就是微微向下倾斜的,这种设计也有优点:可以增加飞机在低空低速时的升力。之前我们折过的F-111就是上单翼轰炸机。我们可以将F-111的机翼微微往下倾斜,它依然能够平稳向前飞行。不过假如我们令F-111的机翼向下倾斜的角度超过45°再飞一次,此时的F-111也会出现翻转过来倒着飞的情况,这时的升力中心就已经低于飞机重心的位置了。
关于机翼上下倾斜的飞行测试结束了,再次拿起“逆火”,我们还可以自由探索其他的飞行动作。祝各位飞行员飞行愉快,我们下期再见!