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可变后掠翼飞机,为什么不香了?
www.wforum.com | 2025-02-05 16:32:14  科学火箭叔 | 0条评论 | 查看/发表评论

可变后掠翼飞机,曾经红极一时。

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从帅出天际的F-14“雄猫”,到F-111“土豚”......其实该把它俩掉个个,因为F-111才是历史上首次全面生产的可变后掠翼飞机。

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接着还有苏联的米格-23、苏-24,以及英国、德国、意大利联合开发的龙卷风,后者甚至在海湾战争中都有过出色的表现。当然当然,可变后掠翼机型中也少不了大家伙,美国的B-1B“枪骑兵”和俄罗斯的图-160战略轰炸机一直到现在都还在服役。可是,到了上世纪80年代,这种独特的机型却开始逐渐停止研发了,随着退役的退役、报废的报废,可变后掠翼飞机,几乎全面退出了历史的舞台,为什么?

要理解这个问题,我们得从源头讲起——可变后掠翼技术的起源.理解可变后掠翼飞机的重要性,需要追溯到1935年。当时,德国科学家阿道夫·布斯曼研究跨音速和超音速气流对机翼的影响。他发现后掠翼可以延迟波阻,即兴波阻力的出现,从而减少飞行中的空气阻力。这一发现虽在当时被视为学术上的好奇,但后来却成为超音速飞行发展的基础。

那时所有的生产机翼都是直翼,与机身垂直,其主要目标是提供升力和稳定性。按照今天的标准,它们的飞行速度都很慢,超音速性能只是一个遥远的目标。但在1930年代中期,随着喷气发动机的出现,这一目标变得更加接近现实,尽管当时很少有人知道现有的直翼技术不适合跨音速和超音速飞行。布斯曼发现,如果机翼向后掠,就能延迟波阻的出现——这是一种随着机翼以音速飞行时急剧增加的空气动力学阻力,将会导致音障的产生。这一点后来通过早期试验得到了证实,当时的飞机由于兴波阻力在机翼、机身和控制面上产生的剧烈振动而失控。

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二战期间,德国进行了大量风洞测试,研究机翼在超音速速度下的表现,并将这些成果应用于实验性飞机如Me P101和Me 163彗星。战后,美国空军发起了“LUSTY”行动——LUSTY,即德国空军秘密技术的意思,开始捕获并评估德国的航空技术,其中包括布斯曼的研究。布斯曼的研究被认为非常重要,它直接影响了波音B-47“同温层堡垒”的设计。

1947年,阿道夫·布斯曼移居美国,开始在NACA,即NASA的前身工作,与罗伯特·T·琼斯一起开发后掠翼、斜翼和三角翼。同时,美国空军在巴伐利亚发现了一架未完工的喷气动力Me P101,这架飞机采用了可变后掠翼设计。美国空军详细研究后,制造并飞行了自己的版本,成为1951年贝尔X-5的基础。X-5是第一架能够在飞行中改变机翼后掠角的飞机,尽管设计有效,但气动布局上的缺陷限制了其发展。

可变后掠翼技术在20世纪60年代得到了广泛应用。美国的F-111战斗轰炸机是世界上第一架投入生产的可变后掠翼飞机。这架飞机试图满足美国空军和海军的需求,尽管过程曲折,但最终还是成为经典机型。苏联也迅速开发了自己的可变后掠翼飞机,如苏-17、米格-23、图-22M和苏-24。

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美国在F-111之后,推出了著名的F-14“雄猫”战斗机和B-1B“枪骑兵”轰炸机。苏联则在1981年制造了图-160轰炸机,这是使用可变后掠翼技术的最后一款飞机。

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然而,70年代末和80年代初,航空技术取得了显著进步。新型飞机如通用动力公司的F-16,在空气动力学上基本就是不稳定,如果没有计算机辅助飞行,它一秒钟都没法待在天上。但是,这种天生的不稳定,却给了它更加敏捷的机动性。同时,在计算机飞控的加持下,也削弱了可变后掠翼设计的优势。新材料、计算机辅助设计和飞行控制系统的发展,使得新型翼设计能够实现可变后掠翼的大部分功能,而没有其缺点。

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可变后掠翼飞机因其设计复杂、维护成本高和空间利用率低的问题逐渐被淘汰。更重要的是,隐形技术的需求排除了可变后掠翼设计。隐形飞机如F-117和B-2幽灵轰炸机依赖复杂的机身和翼形状来减少雷达反射,而可变后掠翼由于机翼轮廓的不断变化,无法达到真正的隐形效果。尽管B1枪骑兵在考虑其体型的情况下做得相当不错,雷达截面积为10平方米,但与其继任者B-2的0.1平方米相比相形见绌,后者的雷达截面积仅与大黄蜂差不多。

最后,答案便呼之欲出了,为什么不再制造可变后掠翼飞机了呢——因为我们找到了更好的方法来完成相同的任务,而不需要复杂的机械结构,同时牺牲掉隐身性能。虽然客机从未使用可变后掠翼设计,但在美国超音速客机竞争的最初阶段,为了与协和式客机竞争,波音1960年的SST原型机确实采用了可变后掠翼。然而,钛合金机制过于庞大和沉重,达到2100公斤,这降低了航程和客舱空间,使其作为商用飞机不再具有经济意义,波音因此改回三角翼设计,就像协和飞机一样。但这几乎使波音陷入财政困境,最终被取消,留下亚音速的波音747来重建公司的命运。

虽然可变后掠翼在80年代停止制造,但今天仍有许多在役的飞机,其中最著名的是B1B枪骑兵和图-160。另外,今天的故事可能还会发生反转。2022年,图-160的现代化升级版图-160M成功起飞并重启生产,计划在2022年交付两架,并有10架还在订货中。哦,只能说,可变后掠翼,还有看头哦。

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