飞行器设计新技术

飞行器设计新技术

军用飞机发展很快，从20世纪50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到第四代超音速战斗机，第三第四代战机采用了一系列新技术，下面就不同的方面浅谈一下飞行器设计中的新技术

一、气动布局技术

（一）近距耦合鸭式布局

没有水平尾翼，但在机翼（亦称主翼）前面装有水平小翼的飞机称为鸭式布局飞机。机翼前面水平小翼称为前翼或鸭翼。

鸭式布局有以下优点：

1．前翼不受流过机翼的气流的影响，前翼操纵效率高。

2．飞机以大迎角飞行时，正常式飞机平尾的升力为负升力（向下），这样就减少了飞机的总升力（有人称它为挑式飞机，即机翼升力不仅要平衡飞机的重量，而且还要克服平尾的负升力），从而不利于飞机的起飞着陆和大迎角时的机动性能。而鸭式飞机与此相反，前翼在大迎角飞行时提供的是正升力，从而使飞机总升力增大（有人称它为抬式飞机，即前翼与机翼共同平衡飞机重量），这样就有利于减小飞机起飞着陆速度，改善起飞着陆性能，同时也可以提高大迎角时的机动性能。

3．鸭式飞机配平阻力小，因而续航能力好。

鸭式飞机虽有上述优点，但是由于还存在不少问题有待解决，使鸭式飞机的主要优点（即鸭翼与机翼都产生正升力）的发挥受到很大的影响，因此在很长一段时间内，鸭式布局使用不广泛。

针对这一问题，航空界进行了一系列的研究工作。所谓近距耦合鸭式布局飞机，就是这方面研究的成果。

近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼，此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面，使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。同时，主翼表面的低压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了飞机的升力，也推迟了飞机的失速。近距耦合鸭式布局的研究成功，使鸭式布局在战斗机上重新流行。

（二）边条机翼

边条机翼是一种组合机翼，它是由中等后掠角和中等展弦比的基本机翼和位于翼根前部的大后掠角、小展弦比尖前缘的边条组成。

边条机翼的主要特点是：

1．提高了最大升力系数和抖动升力系数，因而提高了飞机的机动性能；

2．提高了临界M数，减小了波阻；

3．降低了超音速时的配平阻力，提高了超音速航程，同时也改善了超音速时的操纵性。

边条机翼的雏形第一次出现在F-5飞机上，它的向前伸出的机翼内翼部分形成了边条的雏形。加了这部分机翼后，机动性大大提高。随后，在F-16、YF-17、F-18、米格-29、苏-27等飞机上，边条有了进一步的发展，在F-18上，边条已占总机翼面积17.5%。

（三）前掠机翼

前缘和后缘均向前伸展的机翼称为前掠机翼。

前掠机翼不仅具有后掠机翼提高临界马赫数、降低波阻的优点，还从根本上克服了翼尖失速的缺点。因此，前掠翼飞机具有升力特性好，升阻比高，大迎角时操纵性好，比较

容易满足面积律设计要求而使波阻下降，便于采用近距耦合鸭式布局等优点。

但是前掠机翼存在着气动弹性发散问题，使前掠机翼技术多年没有得到发展。

20世纪70年代以来，随着复合材料的发展，前掠机翼才开始进入实用阶段，第一架前掠机翼验证飞机X-29（图2-1-6）已于1984年10月在美国爱德华空军基地正式升空。据西文杂志报道，俄罗斯苏霍伊设计局的一种前掠翼歼击机C-37已于1997年9月底首飞。

（四）变弯度机翼

变弯度机翼是一种有"柔性"的前缘和后缘，翼面为连续、光滑、没有开缝或滑动接头的机翼。该机翼的外形及弯度可根据任务需要而改变，故亦称"任务自适应机翼"或"自适应机翼"。

变弯度机翼在未来战斗机上应用已显重大前景。有的资料指出，应用变弯度机翼可使飞机总重下降10%，航程增大15%，升限提高25%，可用过载提高20%。

变弯度机翼的前期技术，为空战襟翼，或称机动襟翼。该技术目前已在战斗机上得到应用。我国歼七E飞机也已应用了该项技术。

机动襟翼通常由前缘襟翼和后缘襟翼两部分组成。该襟翼与普通襟翼最大的区别在于，它不仅仅是在飞机起飞着陆时使用，还能根据飞行状态（飞行M数和迎角）自动偏转。以F-5E例，在起飞和降落时，前襟下偏24。，后襟下偏20。；中速机动时，前襟下偏24。，后襟下偏8。；在M数0.95以下的巡航状态时,前襟下偏0。,后襟下偏8。；超音速时前后襟都处于0。状态（图2-1-8）。随着自动控制技术的提高，F-14和F-16等飞机上的机动襟翼，已做到可根据M数和迎角自动、连续调节。

（五）翼身融合体

过去，飞机产生升力主要靠机翼，机身不产生升力或产生很少的升力。从气动特性角度来看，机身主要产生阻力。能否把机身也利用上，让机身也提供升力？这就是翼身融合体的基本思想。

翼身融合体气动布局的特点是，机身与机翼光滑过渡，在飞机纵轴的最大截面处，机身与机翼完全融合而成为机翼的一个部分。这种布局与传统布局（独立机翼+机身）相比，无论从横截面或从平面形状来看，机翼与机身之间明显的界限已经消失，很难分清机翼与机身的交接线，亦即机翼与机身融合成为一个能够提供升力的整体。

翼身融合体的主要优点是：

1．增大了升力面，最大升力系数提高，有利于飞机机动性能的提高；

2．干扰阻力和激波阻力大大减小；

3．升阻比增大，飞机性能，特别是续航性能和机动性能改善极为明显；

4．改善了结构受力情况，降低了结构重量；

5．在翼身融合部位，有较大的机内空间可以利用；

6．大大减少机身机翼连接处的雷达波角反射，有利于飞机隐身。

由于翼身融合体具有上述优点，因此第三代战斗机中很多飞机，如F-16、苏-27等都采用了这种气动布局。

二、隐身技术

在现代战争中，为了提高武器系统的生存和突防能力，隐身技术成了最关键的技术之一。隐身是用于描述"减少目标特征信号"的一个专用术语，飞行器的隐身主要是减缩目标的雷达散射截面和降低发动机排气口的红外辐射等，它不仅决定了作战飞行器的生存能力，而且还是确保战争中先敌发现、先敌攻击的重要条件。隐身技术的出现和应用对各种防空探测系统和防空武器系统是一个严峻的挑战，也是航空和电子战领域中的一大突破。随着隐身技术的发展，新的隐身材料以及新的隐身机理的提出更为隐身技术指出了更广阔的发展空间。