飞翼传说
航空史研究
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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。

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。

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。

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)!

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。

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。

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。

N-9M
-待续-