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征服阻力——翼梢小翼的秘密

发布时间:2015-06-13  原作者:晨枫   点击数:

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  阻力是飞行的大敌,阻力的反面就是节油。对于斤斤计较的民航界来说,降低阻力就等于装进口袋的白花花的银两。对于空军来说,降低阻力则意味着更远的航程或者更大的载弹量,这是可能决定战斗命运的大事。航空科技的历史充满了征服阻力的努力,流线型概念就是从航空科技开始的。时至今日,绝大多数客机、运输机的基本外形大同小异,正是因为已经高度优化的结果,要进一步降低阻力,人们常常有潜力挖尽的感慨。但新技术正在涌现,可能改变飞机减阻。

  传统客机、运输机采用圆筒形机体,截面如果不是纯圆形,也是近似圆形,或者大小两个圆形叠加起来的葫芦形(如波音747和空客A380),但平顺的圆桶在中段与机翼对接的部位,通常有显著的隆起。在波音707时代,这个隆起还不显著;现代客机如空客A350的这个隆起已经非常显眼了。从结构上来说,机体与机翼对接并不需要有如此之大的隆起,波音707时代的结构技术还不如现在,就没有这样显著的隆起。这是为了符合跨音速面积律而采用的。


早期的波音707中机身相对平直,没有明显隆起


相比之下,现代的空客A350中机身有明显隆起,这是面积律的需要

  飞机前飞时,对前方空气产生压缩,压力波向前方一层一层按音速传递,好比千层酥一样。速度越快,千层酥越紧密。亚音速飞行时,前方空气有序“闪开”。超音速飞行时,千层酥已经压实了,形成激波。这个空气受到强力压缩后形成的高密度层在理论上密度可以达到无穷大,好比虚拟的石墙一样。激波通常是锥形的,速度越快,锥形越尖锐;但速度正好在音速时,锥形就展开了,像平面墙一样。超音速飞行时,飞机像顶风打伞一样“顶着”激波锥飞行,速度越大,激波锥越尖锐,阻力反而越小。正好跨音速飞行时,激波还不成锥,只是与飞行方向垂直的虚拟“石墙”,阻力反而最大。这就是所谓的音障。民航客机在高亚音速巡航,但局部气流已经达到音速,正好是音障肆虐的速度段。

  在50年代,人们发现了跨音速面积律,也就是说,为了是跨音速阻力最小化,飞行器的形状不是太要紧,要紧的是沿纵轴的横截面积要均匀变化。彻底的直筒子的横截面积是一致的,当然符合面积律。但加上机翼后,中机身短的横截面积就突然增大了,破坏了面积律。宽厚、较大后掠和较小展弦比的后掠机翼还容易做到面积律,但较小后掠、较高展弦比才能提高机翼升阻比,减阻节油,这就只有用中机身隆起来做到面积律了。

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