[科普中国]-梯形翼

简介

超声速飞行时，机翼只要“躲”在激波锥的锋面之后，就可以避免产生激波阻力。也就是说，翼展较短的机翼也同样可以达到降阻的作用。为了尽量增加翼面积以保证提供足够的升力，机翼的弦长可以增加，甚至把平直的后缘前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角减阻，但大后掠角带来较大的展向分量，造成升力损失，尤其在低速的时候，大后掠角使很大一部分迎面气流都“溜肩”损失掉了，造成低速时升力不足的问题，所以大后掠翼飞机的起飞、着陆速度一般比较高，机动性不够好。
三角翼也有同样的问题。相比之下，梯形翼不靠后掠角减阻，所以机翼前缘的后掠角可以较小，在性质上更加接近同样翼展下的平直翼，升力较好。不过梯形翼的翼展受到限制，所以最后结果并不一定优于大后掠翼或者三角翼。

和三角翼相比，梯形翼的使用比较少，但还是有一些忠实的信徒，尤其是诺斯罗普，F-5 和F-18 都是梯形翼。洛克希德的F-104 也是梯形翼，但 F-22 已经超出传统梯形翼，而是介于梯形翼和三角翼之间了1。

机翼机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上。其最主要作用是产生升力，同时也可以在机翼内部置弹药仓和油箱，在飞行中可以收藏起落架。另外，在机翼上还安装有改善起飞和着陆性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼，有的还在机翼前缘装有缝翼等增加升力的装置。

飞机上用来产生升力的主要部件。一般分为左右两个翼面对称地布置在机身两边。机翼的一些部位主要是前缘和后缘可以活动。驾驶员操纵这些部分可以改变机翼的形状控制机翼升力或阻力的分布以达到增加升力或改变飞机姿态的目的。机翼上常用的活动翼面有各种前后缘增升装置、副翼、扰流片、减速板、升降副翼等。机翼内部经常用来放置燃油。在机翼厚度允许的情况下飞机主起落架也经常是全部或部分地收在机翼内。此外许多飞机的发动机或是直接固定在机翼上或是吊挂在机翼下面。

机翼产生升力的原理可通过牛顿第三定律和伯努利定律来解释。当平行于翼弦方向的气流（在此将其视为不可压流）流经机翼时，由于机翼的阻碍导致流管截面变小，而导致机翼上下表面的空气流速均增加。但由于机翼上表面的弯度大于下表面弯度，根据伯努利定律可知上表面气流的流速整体上要高于下表面气流速度，也就是说气流作用在机翼上表面的静压整体上小于作用在下表面上的静压。由于上下表面压差的存在，使得机翼最终受到向上的合力，亦即升力。

当然随着机翼相对气流迎角的变化，翼型周围的空气流场也会发生明显变化。当机翼攻角增大时，由于翼型对气流的阻碍作用致使气流下洗，使得前缘附近气流驻点相对于前缘位置下移，从而导致更为明显的升力效应。而当机翼攻角减小甚至为负值时，翼型弯度的作用将被削弱，即升力减小直至产生负升力。

机翼分类机翼的几何特性包括机翼的平面形状和前视形状。所谓机翼的平面形状，是指从飞机顶上看下来机翼在平面上的投影形状。按照平面形状的不同，机翼可分为:矩形机翼、椭圆形机翼、梯形机翼、后(前)掠机翼和三角形机翼等，如图所示;前3种形状主要用于低速飞机，而后2种形状则主要用于高速飞机。

应用F-5F-5起源于诺斯罗普公司于1955年展示的N-156设计方案，设计目标是一种低成本、维护简单的战斗机。美国陆军曾对这型飞机的对地支援功能有兴趣，可是开发固定翼飞机是美国空军的责任，他们不愿意也不同意让陆军在对地支援中使用固定翼作战飞机。而美国空军自己也看不上这款“简陋”的飞机。尽管从未成为美军第一线战机，但是F-5却在美国众多盟友中得到广泛使用。当肯尼迪政府提出“军事支援计划”后，美国需要一种低成本战斗机销售给发展中国家。其中N-156F在众多竞争者中最被看好，后来成为整个系列中的第一型——F-5A战机。F-5A的第一份生产合同在1964年签订，而第一笔海外订购合同由挪威在1964年2月签署。到1972年生产结束为止，总共生产了636架F-5A/B，包括200架双座F-5B。这些F-5B主要是担负作战训练用，拆除机头的M39航炮，但仍保有一般作战能力。

F-5系列战斗机种最主要的改进型便是F-5E/F，其中F-5E是单座战斗机，F-5F则是双座战斗教练机。这是一种空战增强型，机身加长，翼展增大，机翼边条也增大，最大飞行速度从A/B型的1.4马赫提高到1.6马赫。F-5E/F机翼几何形状为梯形，根梢比较大，前缘后掠角为24度。F-5E/F飞机在美国的“二流盟友”中得到了广泛使用。

整个F5系列（包含YF-17），诺斯罗普的设计思想都在于：采用大展弦比（以超声速战斗机的标准来说）、较小前缘后掠角度的梯形机翼（实际上属于平直翼类别）设计，获得很高的亚声速升力效率；同时采用较小的机翼面积设计，以减轻结构重量，压缩机翼的翼展和在空气中的浸润面积，减小高速、高机动状态下的阻力。2

F-104F-104星式战斗机（F-104 Starfighter）是美国洛克希德公司制造的，其设计一反当时美国空军朝向更大更重的趋势，强调重量轻与简单，被认为是朝鲜战争经验的总结作品，是世界上第一架拥有两倍音速速度的战机，并在1960年代长期保持升速、航高（10万英尺）的纪录。也外销到许多国家，并且成为北约会员国的主要战术核子武器投射力量。有“寡妇制造机”、“人肉导弹”等绰号。

F-104采用正常布局，单发单座，两侧半圆带调节锥进气道，机翼为带大下反角的小展弦比梯形翼，高平尾布局（亦称T形尾翼布局）。为了减低超音速阻力，机翼的相对厚度很小，只有3.36%（后期机种增厚）。在美国电影“星战F-104”（原文THE STARFIGHTERS）中，则有以F-104机翼切割纸张之画面。为了使机翼轻簿而具备足够的结构强度，整个机翼是由实心钢板铣削而成的。为了减小跨音速阻力，其机身细长，并具备符合跨音速面积率的蜂腰设计。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作（荷兰滚）的趋势，机翼采用了高达10度的下反角以提升其滚转稳定性。