二戰(zhàn)末期,德國人研制了一種特殊的機翼上機翼適合高速飛行嗎:前掠翼。它有著獨特的飛行性能,但也有一個致命弱點上機翼適合高速飛行嗎:發(fā)散效應(yīng)。這一效應(yīng)會導(dǎo)致兩個不好的結(jié)果:機翼彎曲甚至折斷、高速性能惡化。
德國用金屬材料制造的前掠翼,遇到了第一個問題。從原子的范圍看,金屬的強度沒有方向性,,在每個方向的剛性都相同。用這樣的材料只能強化特定方向的強度,從而獲得〝有方向性〞的增強結(jié)構(gòu)。例如一張紙,往任何方向都很柔軟,但把他折成百折裙的樣子,就成為一個方向上柔軟,一個方向不柔軟的受力結(jié)構(gòu)。后掠或三角翼因為結(jié)構(gòu)是〝收斂〞的,因此機翼需要承受的主要是彎曲機翼的應(yīng)力,這是〝單方向〞的,金屬機翼不會有重大的問題。
但前掠翼則必須克服多個方向的力,特別是它的受力幅度會因為前掠而不斷增加。如果要用金屬結(jié)構(gòu),為了滿足多方向上增強的要求,重量將暴增,抵銷前掠翼帶來的飛行性能優(yōu)勢。因此二戰(zhàn)時,前掠翼只用在不必重視機動性的轟炸機上,增加速度及航程,德國JU-287就是第一種這樣的前掠翼轟炸機。
如果前掠翼沒被折斷,那么就會開始出現(xiàn)高速性能問題。因為〝離散效應(yīng)〞雖然在這時沒折斷機翼,但一樣會令其扭曲,前掠機翼一旦被扭曲,攻角就會增加。但是伴隨局部升力增加,又會加劇扭曲機翼,造成攻角增加,使得外側(cè)機翼失速,等效翼面積、控制力都減少,阻力也因局部攻角增加而增加。最終導(dǎo)致局部失速,飛行能力惡化。
1970年代,前掠翼的發(fā)展出現(xiàn)了兩個關(guān)鍵突破,復(fù)合材料及機翼剛性分布算法。前者有著較為簡單的解決多方向強度和重量矛盾的結(jié)構(gòu),解決了機翼折斷或重量太大的問題。后者使得飛機控制能夠?qū)崿F(xiàn)避免機翼過度扭曲,保證不出現(xiàn)負(fù)荷過大的情況。
此時,出現(xiàn)了X-29和S37等先進前掠機翼驗證機。但始終前掠機翼過于超前,最終還是停滯在了驗證階段。
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