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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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米格-29K的小胡子  

2010-08-18 09:04:57|  分类: 鹰击长空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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米格-29K是米格-29的舰载型。现在的米格-29K实际上是米格-29K的第二版,除了例行的机体加强、发动机推力加大、电子设备更新外,在气动设计 上最引人注目的是翼根前缘边条两侧可以放下的扰流片,好像两撇小胡子一样。俄罗斯方面对这一对扰流片的作用没有说明,外界对此的作用也是争论不休。

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新版米格-29K在起飞的时候,可以看到边条两侧有扰流板放下

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但在不用的时候,扰流板和边条表面齐平

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下垂的边条扰流板的后掠角极大,作为襟翼十分低效,作为“翼梢小翼”,似乎也不大合理,这是干什么用的呢?

由于这一对扰流片在边条外侧,和前进方向的夹角很大,作为襟翼使用的效果很糟糕,由于边条的升力机制和机翼不同,不是通过气流的平稳加速流动产生升力,而是通过激发涡流产生涡升力,这一对扰流片作为翼尖小翼的作用也十分有限。那这一对扰流片是干什么用的呢?

边条在翼根前伸,激发出一个涡流。设计合理的话,这个涡流应该贴着翼根上表面向后运动。涡流产生低压区河流中的旋涡会把落水的人吸进去,就是这个道理。贴 着翼根上表面向后运动的涡流在翼根上方产生的低压区意味着额外的升力,所以70-80年代的战斗机设计中,边条成为一个显著的标志。F-5E已经开始采用 边条,F-16的小边条和翼身融合体融为一体,但F-18的大边条开创了边条设计的新纪元,大胆前伸的边条对F-18的大迎角机动性功不可没,F-18E 把传统边条设计推到了极致,中国的枭龙也采用了类似的技术。

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边条的作用是在翼根上方产生强烈的附体涡流,产生涡升力

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涡升力的奥妙在于完整而且附体,要是脱体或者破裂了,效果就差了

问题是,边条的涡升力是在稳定和不稳定之间走钢丝。太稳定了形不成强有力的涡旋,太不稳定了涡流容易破裂,不仅丧失涡升力的作用,还可能对飞机结构(尤其 是暴露在涡流中间的垂尾)产生强烈的气动敲击作用。F-18在设计之初,曾在翼根开设一条狭长的开缝,不仅用于泄放机翼下表面进气口周围的呆滞气流(也就 是所谓的边界层分离),也在两侧形成气墙,将边条的涡流限制在这条虚拟的走廊里。为此,双垂尾特意前移,并有所外倾,以避开边条涡流。但试飞结果表明,这 一对翼根开缝造成较大的阻力,只好填没一半。这样一来,阻力减小了,但气墙的作用也没有了,边条涡流自由散漫地向两侧扩散,并提前破裂,对双垂尾造成严重 的敲击作用。麦道一面加强垂尾结构,一面在翼根增加一对竖立的扰流片,部分恢复了对涡流的导向作用,也部分恢复了阻力的代价。

F-18E听上去是“经典”F-18的一个改型,美国海军和麦道确实也是这样联手骗过美国国会,争取到研发的机会,但F-18E实际上和“经典”F-18 貌合神离,在尺寸、重量、结构、发动机甚至重要气动设计上都有极大的改变。F-18E用饱满的大边条设计,巧妙地把涡流的起点向前推移,使滚滚上升的涡流 避开了垂尾,并通过边条的形状强化了涡升力的作用。枭龙的边条也是这样。不过F-18不管是经典版还是E版,都没有采用翼身融合体,枭龙在设计上也没有强 调翼身融合体,但米格-29的边条和翼身融合体高度整合,要改这样的饱满边条就殊非易事了,将需要对米格-29的基本设计做极大的改动,改动工作量或许超 过F-18到F-18E,如果不计尺寸和重量的差别的话。

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YF-17的翼根有一对明显的开缝,既用于泄放边界层呆滞气流,又用于形成气墙,约束边条涡的走向

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阻力问题迫使F-18缩小翼根开缝,降低了气墙作用后,只有用额外的扰流片补偿

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F-18A/C的边条比较苗条,边缘呈S形

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F-18E的边条要饱满得多,把涡流产生点大胆向前推移,改善了涡流的走向,也强化了涡升力的作用

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和F-18相比,米格-29的边条和翼身融合体的整合度要高得多,因此也难以在不大动干戈的情况下改变形状

米格走了另一条路。涡流是在尖锐的突角或者尖锐的凹角处产生的。尖锐突角激发涡流,这不难理解。F-18的边条呈S形,前端的S顶就是为了激发涡流,后半 较为舒缓的向外弧线也产生涡流,但能量相对较低。在尖锐的凹角处,比如在极大后掠角的边条和中等后掠角的机翼的交接处,气流沿边条向后高速溜肩,但在遇到 中等后掠角的机翼时,阻力急剧增加,于是放弃继续沿机翼前缘溜肩,而是越过机翼前缘,形成翼上涡流,向后继续运动。涡流的另一个产生机制是在翼尖,展向气 流到了翼尖,散失到环境空气中去,形成翼尖涡流。对于鸭翼来说,翼尖涡流是涡升力的一部分;对于机翼来说,翼尖涡流则是阻力的一部分,所以需要用翼尖小翼 之类的装置还抑制。但对于边条来说,这一涡流形成机制不适用。

米格-29K要在气动上不大动干戈,也就是说,边条和机翼基本上保持原设计,还要在航母起飞、着陆性能上有阶跃性的改善,走了一条技术上的新路:采用边条 两侧可以机动下垂的扰流片,改变涡流产生位置,诱导涡流走向,达到增生的目的。由于边条下的压力高于边条上的压力(升力来自于上下之间的压力差),扰流片 阻挡了下表面气流的展向流动,在靠近机身的地方形成翻越边条前缘的涡流。和F-18原始设计的情况相似,这对涡流贴着翼根向后移动,产生较强的涡升力,同 时避免强烈涡流对双垂尾的敲击作用。从现有图片来看,这对扰流片只在起飞时使用,或许在着陆和低速机动时也可以使用。这是有道理的。高速飞行时,扰流片不 仅产生额外的阻力,过于强大的涡流也会产生不利影响,包括提前破裂,敲击垂尾。高速时收起扰流片,不仅降低阻力,边条和机翼交接处的涡流成为主导,不仅产 生位置靠后,也向两侧移动,避免破裂,也避开垂尾。

点看全图650)
相比之下,苏-33采用鸭翼解决增升问题,效果可能比米格-29的边条扰流片更好,但阻力和重量都较大,相对来说是一个比较粗糙的解决方案

米格-29K这对独具匠心的扰流片在气动设计上构思十分精巧,实施起来也相对简单。苏-27在边条设计上和米格-29有相似之处,但并不相同。相对来说, 苏-27得边条较小,更加注重在翼身融合体的过渡;米格-29的边条较大,相对注重边条的作用。中国在用苏-27系列为基础设计舰载战斗机,需要解决舰上 起飞时的增升问题。像苏-33那样采用三翼面有成功的先例,还有利于加强机动性,代价是阻力和重量。如果采用像米格-29K那样的边条扰流片,或许需要重 新设计边条,使边条接近F-18E或者枭龙那样的饱满,这样才能有较好的效果。否则依然会有效果,只是效果不够显著。另外一个成功的先例是取消机背减速 板,用飞控和襟翼、副翼的合作动作取代减速板的作用,可以减轻重量、增加肌内燃油容积。
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