[科普中国]-箭形机翼

简介

箭形机翼简称“箭形翼”，是前后缘都后掠、根梢比为零的机翼（如右图）。箭形机翼可以看成是三角翼切去了靠近后缘的一块三角形部分而形成的。在超音速流中，三角翼中央部分产生升力的效率低。后掠角和翼展与三角翼相同的箭形翼，其升力线斜率和前缘吸力系数均较三角翼为大；另一方面，从厚度波阻的角度看，由于箭形机翼比三角翼根弦段，同一绝对厚度下，箭形机翼的相对厚度较大，于阻力不利。

翼梢收缩成一点的箭形机翼是一种理论平面形状。由于它的后掠角大，根梢比极小，在迎角不很大时就会发生翼梢分离。所以，实际飞机并不采用。真正使用的是翼梢为有限长的后掠翼或切尖三角翼——三角翼是箭形机翼后缘后掠角等于零的一种特殊情况。1

后掠翼和箭形翼相比，飞机采用的是翼梢为有限长的后掠翼。

后掠翼就是前缘和后缘均向后掠的机翼，表征机翼后掠程度的指标是后掠角，即机翼前缘与水平线的夹角。后掠翼的气动特点是可增大机翼的临界马赫数，推迟激波的到来，并减小超音速飞行时的阻力。后掠翼的出现是机翼形状的一次重大变革，对飞机发展产生了极大影响。

飞机前行的时候，飞机对前方空气产生压力，压力波以声速一层一层地向外传递，声速是空气性质的分界线。亚声速飞行时，前方空气在压力波推动下有序地向两侧让开飞机。然而，但飞机速度达到声速时，压力波不再可能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反，压力波挤到一起，密度剧增，这就是所称的激波。激波的锋面在正好是声速的时候是平直的。随着速度的增加，激波的锋面变成圆锥形，锥的后倾角度随速度增加而增加，锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼后掠，“躲”到机头引起的激波锋面的背后，就可以避免机翼本身引起的激波阻力。

事实上，后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没有达到超声速时已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以形成上下表面气流的速度差、进而导致压力差而产生升力的。当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时，机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响，其速度将会超过音速，出现局部激波，从而使飞行阻力急剧增加。采用后掠翼的话，迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量（法向分量）和平行于机翼前缘的分量（展向分量），法向分量产生升力，展向分量不产生升力。后掠角等于零时，法向分量和迎面气流相等；后掠角越大，法向分量越小。因而与平直机翼相比，只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波(即提高了临界马赫数)，从而推迟了机翼面上激波的产生，即使出现激波，也有助于减弱激波强度，降低飞行阻力。2