我们已经知道前掠/后掠的不同影响,那「上掠/下掠」呢
机翼的向上或者向下倾斜属于Wing Configuration的范畴。向上倾斜的被称为上反翼,向下倾斜的被称为下反翼[1][2]:
向上倾斜的角度被称为上反角,对应的有下反角:
由于机翼材料和设计并非美刚性的,飞机在飞行过程中机翼会因为受力发生形变,也就是会使机翼发生『倾斜』角度的变化,导致等效上反角偏离设计上反角:
这样的设计会使飞机的横滚稳定性发生相应的变化。以上反角设计的飞机为例,在飞机产生侧滑,也就是有气流在横向(下图中从左至右方向)流过机翼时(气流横向分量),在横向方向上,左边机翼相对于横向气流有一个正攻角(Angle of Attack), 而右边机翼则是负攻角,所以左边机翼因为侧滑产生一个向上的升力,右边机翼产生一个向下的拉力,这样两个力产生一个顺时针方向的横滚力矩,也就是使飞机离开侧滑气流方向,减小侧滑,这被称为上反效应(Dihedral effect)[2]。相反地,如果飞机是下反翼设计,就会产生一个逆时针方向的横滚力矩,这样会加大飞机的侧滑[3]:
上面提到,由于机翼的柔性,上反设计的飞机在飞行过程中其上反角会增大,这会增加左右机翼因为侧滑产生的横滚力矩,也就是增加其横滚稳定性[4]:
由于民航客机对安全性的要求,当代民航机几乎都设计为横滚稳定的上反翼。比如波音737就设计有6度的上反角[5]。
而军用飞机由于有其他的考量,则可能采用下反翼结合上单翼设计。
比如英国人设计的「鹞」式战斗机,由于要容纳其垂直起降设计的飞马发动机的矢量喷口,必须在机翼下方留够空间,同时考虑到挂弹的方便以及起落架的设计(「鹞」式采用自行车式起落架),不得不采用上单翼下反的设计:
下反翼设计的「鹞」式战斗机
「鹞」式战斗机的飞行品质是出了名的差,跟下反翼设计有关。但由于它是过去多年唯一可用的垂直起降战斗机,各方不得不采用它。
对于中大型飞机来说,由于机身的自然尺寸,采用上单翼设计时,飞机重心离机翼太远,导致横滚稳定性过高,飞机难以改变飞行姿态,因此常常采用下反翼设计来减少横滚稳定性。
国内也有一款采用下反翼设计的飞机,就是西安的歼轰7「飞豹」:
由于其歼击轰炸机的用途,常常需要在低空使用,为提高操控反应,采用了下反设计。
另外,有些飞机并没有上单翼导致的滚转稳定,也需要采用下反设计,比如洛克希德的F104战斗机:
这是因为其水平尾翼会在侧滑时产生反侧滑的横滚力矩,同时由于水平尾翼较高,小尺寸的水平尾翼也会产生较大的横滚力矩,导致横滚过于稳定。采用下反翼设计有利于削减水平尾翼导致横滚稳定性,提高操控。
会造成升力中心上移/下移,影响滚转方向的安定性。
飞机在滚转方向应当是安定的,但也不能过分安定,否则滚转方向特别安定、偏航方向没那么安定,容易进入荷兰滚(反复左右摇摆震荡)。机翼上反/下反,是调节这个安定性的主要手段。一般来讲,机翼在机身上部的通常会下反,在机身下部的通常会上反。
这个叫上反角,影响横向稳定性,上卸增大横向稳定性。
横向就是滚转的方向。
飞机上反角增加横向稳定性-ATPL
那叫上反角和下反角,上反角可以增强飞机横向稳定性,下反角减弱横向稳定性,上单翼的飞机横向稳定性好,下单翼横向稳定性差,所以你会发现绝大多数上单翼都带下反角,绝大多数下单翼都带上反角
首先那不叫「向上」,「向下」倾斜,也没有机翼主翼整体去上下倾斜的,通常代之以襟翼和副翼的运动,有时飞机还会加装扰流板。
其中,副翼对飞机的横滚角影响很大,可以产生滚转力矩使飞机做横滚机动。副翼通常位于主翼后缘外端,长度大概占主翼六分之一左右。
襟翼通常分为前缘襟翼和后缘襟翼,具体又可以分为简单襟翼,开缝襟翼,后退襟翼和分裂襟翼,主要通过改变机翼弯度的形式来增加飞机在非平飞状态时的升力,推迟附面层分离,减小气流分离的迎角。
通俗的来说,副翼有助于加强飞机的操纵性,襟翼有助于加强飞机的稳定性。