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可变后掠翼

可变后掠翼（Variable-sweep wing）是一种可随不同飞行情况而改变掠角的设计。这样的设计可以同时利用后掠翼在高速以及直线机翼在低速下的优点，但会增加飞机重量和结构复杂度[1][2]。

机翼没有后掠时的F-14雄猫式战斗机
机翼后掠时的F-14

概念

可变后掠翼的飞机的概念，是从一些用来测试掠翼性能的实验用飞机而来的。而首部此类型的实验机种就是Messerschmitt Me P.1101[3]。它的掠角只能在地面调较，而在飞行时却不能。以不同的掠角作出了的试飞后，就可找出当中最合乎中道的掠角。

历史

第二次世界大战结束时Me P.1101战斗机被带到美国贝尔飞机作更深入的研究，制造了一批可于飞行时改变翼角的版本[4]。在测试贝尔X-5，他们发现当机翼向前展开时，压力中心亦随之向前，把机鼻推向下。为了解决这个根本性的问题，这类的设计一定要添加一个特别的系统才可使用。

对于不论速度高低都能飞行的飞机来说，可变后掠翼十分实用。故此可变后掠翼最初应用于军用航空飞行器上。

1952年的格鲁门XF-10F美洲豹战斗机|F-10F美洲豹（Jaguar）是美国首部可变后掠翼曾经服役战斗机。不过F-10F是一个失败之作而且美国海军亦对此机没有很大的兴趣。飞机的重量不断上升，翼的载重亦随之而上升。直至1960年代可变后掠翼的意念再被提出，藉降低飞机重量和翼载重来提高升降的性能。美国政府最后于实验性战术战斗机计划TFX (Tactical Fighter Experimental Program)中采用了可变后掠翼装置，研发出首部可变后掠翼飞机通用动力F-111。

战后不久，巴恩斯·沃利斯就开始着手于可变后掠翼，将超音速飞行的成本降至最低。最初他是为军方“野鹅计划”效力，之后他去到“燕子”，计划目标是于10小时内来回欧洲和澳洲。1950年代他成功测试一个超过2马赫的设计，但最后政府却放弃继续支持他。后来沃利斯和他的团队到美国寻求资助他继续研究，但却得不到人支持他。

苏联亦有类似的需要，由中央空气动力学研究所（TsAGI）负责研究可变后掠翼飞机的可行性。研究所开发出两个不同的平面形状planform，主要的分别是一对翼转轴之间的距离占整个翼展的百份比。更宽的翼转轴间距不仅可以减少改变后掠翼时产生的不利的气动效应，而且提供了一个可作为起落架或stores pylon的更大的固定翼。这事实上可以或多或少对于机身有所适应，苏联人不久后，在苏霍伊Su-17（基于早期后掠翼的苏霍伊Su-7）和图波列夫Tu-22M（基于图波列夫Tu-22）上做了改进。但更宽的翼转轴间距的局限在于它在减少了技术难度的同时也减少了可变几何翼面带来的好处。中央空气动力学研究所（TsAGI）设计了一种类似于F-111的更窄的空间安排。这种设计被用于（虽然规模不同）米格-23战斗机和Su-24战斗轰炸机，它的原型机完成于上世纪60年代，并于上世纪70年代初开始服役。

欧洲（北约）在可变后掠翼的应用代表是由英德意三国（联合成立了帕那维亚飞机公司）联合研制的龙卷风战机。可变后掠翼技术的应用在冷战末期达到最高水平，代表作是美国的B-1“枪骑兵”（Lancer）和前苏联的图-160。

自70年代后再没有新设计的战机使用可变后掠翼，这有多方原因：

  • 第四代战机追求机动性，对速度的要求下降，到了90年代的F/A-18E/F，即极速只得1.6马赫也会接受，速度低了，降低阻力也就不再那样重要。
  • 随计算机技术进步，可以设计出以更低的代价实现相差不大的性能的传统机翼
  • 应对低速时的可控性、升力需要可以用几何可变机翼，例如翼面扰流板、前缘机动襟翼等，不一定要用可变后掠翼。
  • 降低阻力并不再像以往那么重要，因为，引擎技术改进，推力比以往增加了不少，最佳例子就是F-22的F119-PW-100，那使气动阻力不比以住有大改善也能做到超音速巡航。
  • 隐身性能成了近乎必要，可变后掠翼会增加设计难度或降低隐身效果。
  • 可变后掠翼架构复杂（以F-14的翼盒为例），后勤维修较难，成本和重量皆比传统机翼大。

实际上并不是有其他设计可以完全取代可变后掠翼做到的性能，例如取代有可变后掠翼的F-14的F/A-18在酬载量、航程上都较F-14大幅减少，其中一个主因正是机翼设计上的分别。可变后掠翼做成的的重量增加也不是严重得不可接受，例如以60年代尾以复合材料等技术制造的F-14，空重跟以90年代技术制造的F-22几乎相同，而且有低后多的翼负荷（F-14是234.4kg/m²，F-22是377 kg/m²）。而可变后掠翼也可能可以有一定隐身能力。使用与否在乎设计者所追求的是那一方的性能，以及兼顾可维修性及成本。

例子

参考

  1. ^ Wood, 1975.
  2. ^ Morpurgo, 1981.
  3. ^ Christopher 2013, pp. 157–160.
  4. ^ Meekcoms and Morgan 1994, p. 143.

伸延阅读

  • Boyne, Walter J, Air Warfare: an International Encyclopedia 1, Santa Barbara, California: ABC-CLIO, 2002, ISBN 1-57607-345-9 
  • Christopher, John. The Race for Hitler's X-Planes : Britain's 1945 Mission to Capture Secret Luftwaffe Technology.. History Press. 1 June 2013. ISBN 978-0752464572. 
  • DeMeis, Richard. "No Room to Swing a Cat." Wings, Volume 6, No. 4, August 1976.
  • Eden, Paul (编), General Dynamics F-111 Aardvark/EF-111 Raven, Encyclopedia of Modern Military Aircraft, London: Amber Books, 2004, ISBN 1-904687-84-9 
  • Ford, Roger. Germany's Secret Weapons of World War II. London, United Kingdom: Amber Books. 2013. ISBN 9781909160569. 
  • Green, William. The Observer's Book of Aircraft. London. Frederick Warne & Co. Ltd., 1972. ISBN 0-7232-1507-3.
  • Hansen, James R. The Bird Is on the Wing: Aerodynamics and the Progress of the American Airplane. Texas A&M University Press. 2004 [2023-08-28]. ISBN 1-5854-4243-7. （原始内容存档于2023-02-02） –通过Google Books. 
  • Heron, Group Captain Jock. "Eroding the Requirement." The Birth of Tornado. London: Royal Air Force Historical Society, 2002. ISBN 0-9530345-0-X.
  • Hirschel, Ernst Heinrich., Horst Prem and Gero Madelung. Aeronautical Research in Germany: From Lilienthal until Today. Springer Science & Business Media, 2012. ISBN 3-642-18484-7.
  • Jenkins, Dennis R. B-1 Lancer: The Most Complicated Warplane Ever Developed. New York: McGraw-Hill. 1999. ISBN 0-07-134694-5. 
  • Kandalov, Andrei; Duffy, Paul (1996). Tupolev – The Man and His Aircraft: The Man and His Aircraft. Society of Automotive Engineers. ISBN 1560918993.
  • Lee, Tae-Woo. Military Technologies of the World  1. Santa Barbara, CA: ABC-CLIO. 2008. ISBN 978-0-275-99535-5. 
  • Logan, Don. General Dynamics F-111 Aardvark. Atglen, Pennsylvania: Schiffer Military History, 1998. ISBN 0-7643-0587-5.
  • Meekcoms, K J; Morgan, E B. The British Aircraft Specification File. Tonbridge, Kent, UK: Air-Britain. 1994. ISBN 0-85130-220-3. 
  • Miller, Jay. General Dynamics F-111 "Aardvark". Fallbrook, California: Aero Publishers, 1982. ISBN 0-8168-0606-3.
  • Morpurgo, J.E. Barnes Wallis: A Biography. 2nd Edn, 1981. (1st Edn, Longmans, 1972).
  • Pace, Steve. Boeing North American B-1 Lancer. North Branch, MN: Specialty Press. 1998. ISBN 1-58007-012-4. 
  • Thomason, Tommy. Grumman Navy F-111B Swing Wing (Navy Fighters No. 41). Simi Valley, California: Steve Ginter, 1998. ISBN 0-942612-41-8.
  • Winchester, Jim. The World's Worst Aircraft: From Pioneering Failures to Multimillion Dollar Disasters. London: Amber Books Ltd., 2005. ISBN 1-904687-34-2.
  • Wood, Derek. Project Cancelled. Macdonald and Jane's Publishers, 1975. ISBN 0-356-08109-5.
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