我們常見的飛機(jī)機(jī)翼大多是后掠的。機(jī)翼前、后緣向前伸展(前掠)的飛機(jī)被稱為前掠翼,前掠翼與后掠翼正好相反,梢弦在根弦的前面,左右翼俯視投影形成一個(gè)V字。前掠翼是和后掠翼同時(shí)提出的,兩者推遲激波產(chǎn)生的原理是完全相同的。
早在1944年納粹德國就制造了第一架前掠翼飛機(jī)容克斯Ju-287,機(jī)翼前掠角為15°。這是世界上的第一種前掠翼噴氣式轟炸機(jī)。在1943年,Junkers公司的由Hans.Wocke領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組受命研制一種能夠超越盟軍任何戰(zhàn)斗機(jī)的重型轟炸機(jī)。
前掠翼飛機(jī)Ju-287
Ju-287開始提出的方案是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和后掠翼方案。這種方案在高速飛行中優(yōu)點(diǎn)明顯,低速時(shí)則有不易操縱的缺點(diǎn)。因此,設(shè)計(jì)小組提出:將后掠翼方案改為前掠翼方案,兼顧高速和低速飛行的需要。前掠翼雖然高低速性能均優(yōu)秀,但是存在氣動發(fā)散問題:即當(dāng)速度和仰角達(dá)到一定值時(shí),很難保證飛機(jī)的靜穩(wěn)定性。仰角越大,機(jī)翼的彎曲變形越大,直至結(jié)構(gòu)被破壞。前掠翼對飛機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)和彈性變形有特殊要求。為此,在設(shè)計(jì)Ju-287時(shí)對機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些改進(jìn)。
為了加快研制進(jìn)度,第一架原型機(jī)Ju-287V1機(jī)身采用He177A的現(xiàn)成部件:機(jī)尾沿用Ju-388;主起落架沿用Ju-352;前起落架甚至取自被擊落的美軍B-24轟炸機(jī)。只有前掠翼是重新設(shè)計(jì)的。裝用4臺Jumo004m型渦輪噴氣發(fā)動機(jī),兩臺布置于前機(jī)身兩側(cè),另兩臺吊裝翼下。1944年8月16日,Ju-287V1首次試飛,結(jié)果十分令人滿意。可是在接下來的試飛中,當(dāng)速度達(dá)到650KM/h時(shí),氣動發(fā)散問題開始出現(xiàn),幸而只是感覺舵效減小,飛機(jī)不自主地趨于俯沖。經(jīng)過將前機(jī)身側(cè)的發(fā)動機(jī)改為翼下懸掛,問題得到抑制,并增加增壓座艙,這就是第二種原型機(jī)Ju-287V2,使用4臺Heinkel-Hirth011A噴氣發(fā)動機(jī),每側(cè)翼下掛兩臺。由于該發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠被盟軍炸毀,不得已改為使用6臺BMW003A-1發(fā)動機(jī)。如每側(cè)翼下懸掛3臺,稱為Ju-287V2;如每側(cè)翼下懸掛2臺,前機(jī)身側(cè)保留1臺,和V1型一樣,稱為Ju-287V3型,即預(yù)生產(chǎn)型Ju-287A-0.
1945年,生產(chǎn)線上未裝配好的V2型和Hans.Wocke及設(shè)計(jì)小組被蘇軍俘虜,帶回蘇聯(lián)對Ju-287計(jì)劃繼續(xù)研究。1947年Ju-287在蘇聯(lián)試飛,稱為пп-2,達(dá)到了1150KM/h(M0.95)的速度。當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平,前掠翼的氣動發(fā)散問題無法徹底解決,所以并未進(jìn)一步發(fā)。
在飛行中,當(dāng)垂直于機(jī)翼前緣的氣流速度接近音速時(shí),機(jī)翼上表面局部氣流速度將超過音速,出現(xiàn)激波,使飛行阻力急劇增加。前掠翼技術(shù)可使飛機(jī)在超音速飛行時(shí)具有非常好的氣動性能,從而大大提高其在仰角狀態(tài)下的機(jī)動性。若前掠翼布局與推力矢量控制系統(tǒng)綜合使用,還可使其在空戰(zhàn)中更具優(yōu)勢,其近距空戰(zhàn)機(jī)動能力將成倍地提高。與相同翼面積的后掠翼飛機(jī)相比,前掠翼飛機(jī)的升力更大,載重量增加30%,因而可縮小飛機(jī)機(jī)翼,降低飛機(jī)的迎面阻力和飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量;減少飛機(jī)配平阻力,加大飛機(jī)的亞音速航程;改善飛機(jī)低速操縱性能,縮短起飛著陸滑跑距離。據(jù)美國人計(jì)算,F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機(jī)若使用前掠翼結(jié)構(gòu),可提高轉(zhuǎn)變角速度14%,提高作戰(zhàn)半徑34%,并將起飛著陸距離縮短35%。使用前掠翼結(jié)構(gòu)可以提高飛機(jī)低速度飛行時(shí)的可控性,并能在所有飛行狀態(tài)下提高空氣動力效能,降低失速速度,保證飛機(jī)不易進(jìn)入螺旋,從而使飛機(jī)的安全可靠性大大提高。
前掠翼的嚴(yán)重問題是在結(jié)構(gòu)方面,沿結(jié)構(gòu)曲線方向的彎曲變形會使外翼沿氣流方向增大迎角,增加外翼部分升力,進(jìn)一步增加機(jī)翼的彎曲變形。在足夠大的速度下,這種現(xiàn)象會形成惡性循環(huán),直到使機(jī)翼彎曲折斷。這個(gè)現(xiàn)象稱彎扭發(fā)散。開始彎扭發(fā)散的速度稱彎扭發(fā)散(臨界)速度。為了提高前掠翼的彎扭發(fā)散速度,需增加機(jī)翼抗彎剛度,這就會導(dǎo)致機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量的增加,以致完全抵消采用前掠翼帶來的好處。這是前掠翼飛機(jī)很少被采用的主要原因。上世紀(jì)70年代以后,有人提出用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的彎扭變形耦合效應(yīng)克服前掠翼發(fā)散的缺點(diǎn),也就是通過布置不同纖維方向的鋪層,使機(jī)翼的彎曲變形引起附加的負(fù)扭轉(zhuǎn)變形,從而抵消由升力引起的前掠翼正扭轉(zhuǎn)。這樣可以得到不發(fā)散而重量輕的前掠機(jī)翼,前掠翼飛機(jī)遂又引起人們的注意。在那一時(shí)期人們重新燃起對前掠翼飛機(jī)的熱情,很多公司對此進(jìn)行了預(yù)先研究掀起了一股前掠翼飛機(jī)熱潮。
諾斯魯普的前掠翼戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)想圖
羅克韋爾的前掠翼戰(zhàn)斗機(jī)全尺寸模型
1976年,美國的DARPA(國防部先進(jìn)計(jì)劃研究機(jī)構(gòu))資助通用動力,羅克維爾和格魯曼公司三家公司進(jìn)行前掠翼氣動布局的前期研究。1977年,DARPA(美國國防高級研究計(jì)劃局)和美國空軍飛行動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(現(xiàn)萊特實(shí)驗(yàn)室)開始聯(lián)合研制一種前掠翼試驗(yàn)機(jī),并將其命名為X-29A。1981 年 1 月,DARPA 否決了通用動力的 F-16/SFW 方案,選擇了格魯曼的 712 方案(在 F-20虎鯊機(jī)身上發(fā)展的 X-29)。F-16/SFW 的落選主要是由于政治因素,因?yàn)楫?dāng)時(shí)在 NASA 進(jìn)行研究飛行的飛機(jī)中,F(xiàn)-16占了多數(shù)(AFTI,CCV,F(xiàn)-16XL),另外一個(gè)經(jīng)常被引用的解釋是“使用同一種平臺將會限制研究”,當(dāng)然現(xiàn)在那些仍用于飛行研究的F-16 反駁了這種說法。
F-16 SFW(Swept Forward Wing)設(shè)想圖
最終的格魯曼X-29A
有趣的是 X-29A 大約使用了 16% 的 F-16 成品部件,包括 F-16的電傳系統(tǒng)。1981年,格魯曼飛機(jī)公司被選中建造兩架X-29A。第一架X-29A于1984年12月14日在愛德華茲空軍基地首飛成功,這是美國X系列試驗(yàn)飛行器計(jì)劃停滯近十年后的首次飛行,標(biāo)志著美國重新開始了向航空科研領(lǐng)域最高峰的攀登歷程。格魯曼公司對X-29A進(jìn)行了4次試驗(yàn)飛行后,于1985年4月將其轉(zhuǎn)交給NASA 完成余下的試飛工作。
X-29A是X系列試驗(yàn)飛行器中十分重要的一員,用于試驗(yàn)前掠翼技術(shù)以及為達(dá)到下一代戰(zhàn)斗機(jī)所要求的高機(jī)動性、輕重量、低成本、高效率而應(yīng)用的其它先進(jìn)技術(shù)。X-29A機(jī)長 16.44 米,機(jī)高 4.36 米,翼展 8.29米,采用全動式鴨翼、前掠機(jī)翼、后機(jī)身邊條布局,機(jī)翼內(nèi)半翼后掠,外半翼前掠,兩半翼交匯處的不利氣流由鴨翼產(chǎn)生的脫體渦卷走,使機(jī)翼有較好的升力特性。X-29A的機(jī)翼采用鋁合金和鈦金屬結(jié)構(gòu),石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的蒙皮。X-29A的飛行控制系統(tǒng)可以極大的減小由前后其余兩臺可以及時(shí)接替其工作。X-29A 安裝有一臺通用電氣的 F404-GE-400渦扇噴氣發(fā)動機(jī),其最大推力為 7,260 千克。
試飛結(jié)果表明,X-29A 在 M0.9/9,100米的設(shè)計(jì)點(diǎn)飛行情況相當(dāng)好.在隨后一系列試驗(yàn)飛行中,X-29A表現(xiàn)出了極佳的大迎角飛行能力。在45度的迎角飛行中,X-29A具有優(yōu)異的控制響應(yīng)。即使到了67度的極限,X-29A的表現(xiàn)同樣不錯(cuò),并且具有很好的滾轉(zhuǎn)操縱性。要知道這是不借助任何附加翼面和推力矢量技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的,所以 X-29A這些飛行試驗(yàn)的意義非比尋常。1992年,X-29A 還進(jìn)行了一系列的渦流控制(VFC)試驗(yàn),同樣取得了大量有價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
X-29A的一系列試飛使美國充分掌握了前掠翼飛機(jī),對其特性進(jìn)行了大量分析,最終一些研究成果作為技術(shù)儲備,然而美國人最后還是回歸了傳統(tǒng),在第四代戰(zhàn)斗機(jī)選型中沒有一家提出前掠翼飛機(jī),究其原因在于隱身性的要求,前掠翼在一定程度上破壞了隱身構(gòu)型。同時(shí)隨著飛控技術(shù)的進(jìn)步,前掠翼飛機(jī)氣動優(yōu)勢,都可以被先進(jìn)的電傳操控系統(tǒng)和推力矢量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),因此在強(qiáng)調(diào)4S能力的第四代戰(zhàn)斗機(jī)里,前掠翼飛機(jī)無法實(shí)現(xiàn)綜合性能的平衡,最終敗下陣來。
無獨(dú)有偶,俄羅斯蘇霍伊設(shè)計(jì)局研制的蘇-47“金雕”戰(zhàn)斗機(jī)也是前掠翼飛機(jī),是作為俄羅斯第五代戰(zhàn)斗機(jī)的技術(shù)驗(yàn)證機(jī),1997年9月25日首飛,最早被稱為S-32,不久改稱為S-37,2002年又被重新命名為蘇-47。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)突出在大迎角下的機(jī)動性和敏捷性以及飛機(jī)的低可探測性,基本的尺寸和重量數(shù)據(jù)與蘇-37類似,機(jī)頭、機(jī)尾和座艙與蘇-35相似,起落架與蘇-27K相同,采用蘇-35/37的4余度數(shù)字式電傳飛行控制系統(tǒng)。該機(jī)采用前掠機(jī)翼,有明顯的機(jī)翼翼根邊條和長長的機(jī)身邊條,能降低阻力和減少雷達(dá)反射信號,改善飛機(jī)的起飛著陸性能,在亞音速和大攻角時(shí)有很好的氣動性能,可增加飛機(jī)的航程和高空機(jī)動性,并能充分利用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性。扇形不可調(diào)進(jìn)氣口道位于機(jī)身邊條下方,S形進(jìn)氣道側(cè)面靠近機(jī)翼前緣處裝有鴨翼。雙垂尾略向外傾斜,機(jī)身中部有兩個(gè)大的輔助進(jìn)氣門,并且采用雷達(dá)吸波涂料對飛機(jī)進(jìn)行了隱身處理。但最后俄羅斯人也同樣回歸傳統(tǒng),最終確定的第五代戰(zhàn)斗機(jī)原型是T-50。
蘇-47“金雕”
對于像X-29A這樣的試驗(yàn)機(jī)往往只會有一兩架的產(chǎn)量,模型也極少,但幸運(yùn)的是X-29A就會有長谷川這樣的廠家眷顧,長谷川出品的1:72的X-29A開模質(zhì)量非常好,全機(jī)細(xì)凹線,有局部凹釘,盡管細(xì)節(jié)不多,但該有的基本都有,作為1:72的比例是夠了。模型水貼給出就是X-29A試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)涂裝,質(zhì)量也不錯(cuò),原以為這么大面積的水貼會有開裂,但實(shí)際上不但沒有而且韌性極好,出乎我的意料。長谷川的水貼很不穩(wěn)定,有些就非常好,有些則下水即碎,看來是代工廠家的問題,長谷川為啥不選家好的固定下來呢。
下面看模型吧,模型較為簡單,制作工程就沒拍,直接上成品。
這是盒子封繪
上水貼前,留個(gè)影
成品照。

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