我們已經知道前掠/後掠的不同影響,那「上掠/下掠」呢


機翼的向上或者向下傾斜屬於Wing Configuration的範疇。向上傾斜的被稱為上反翼,向下傾斜的被稱為下反翼[1][2]

左圖從上至下:上反翼、平直翼、下反翼;右圖是其設計變種:上折翼、鷗翼和反鷗翼

向上傾斜的角度被稱為上反角,對應的有下反角:

上反角

由於機翼材料和設計並非美剛性的,飛機在飛行過程中機翼會因為受力發生形變,也就是會使機翼發生『傾斜』角度的變化,導致等效上反角偏離設計上反角:

在飛行過程中,機翼發生形變,上反角發生變化

這樣的設計會使飛機的橫滾穩定性發生相應的變化。以上反角設計的飛機為例,在飛機產生側滑,也就是有氣流在橫向(下圖中從左至右方向)流過機翼時(氣流橫向分量),在橫向方向上,左邊機翼相對於橫向氣流有一個正攻角(Angle of Attack), 而右邊機翼則是負攻角,所以左邊機翼因為側滑產生一個向上的升力,右邊機翼產生一個向下的拉力,這樣兩個力產生一個順時針方向的橫滾力矩,也就是使飛機離開側滑氣流方向,減小側滑,這被稱為上反效應(Dihedral effect)[2]。相反地,如果飛機是下反翼設計,就會產生一個逆時針方向的橫滾力矩,這樣會加大飛機的側滑[3]

上反翼在有側滑時會產生橫滾力矩,使得飛機克服側滑,也就是說飛機是橫滾穩定的

上面提到,由於機翼的柔性,上反設計的飛機在飛行過程中其上反角會增大,這會增加左右機翼因為側滑產生的橫滾力矩,也就是增加其橫滾穩定性[4]

由於民航客機對安全性的要求,當代民航機幾乎都設計為橫滾穩定的上反翼。比如波音737就設計有6度的上反角[5]

當代民航客機機翼幾乎都採用上反角設計;前:波音737;後:空客A380

而軍用飛機由於有其他的考量,則可能採用下反翼結合上單翼設計。

上單翼設計,飛機重心在機翼下方,飛機像懸掛於機翼下,因此有自然的橫滾穩定性

比如英國人設計的「鷂」式戰鬥機,由於要容納其垂直起降設計的飛馬發動機的矢量噴口,必須在機翼下方留夠空間,同時考慮到掛彈的方便以及起落架的設計(「鷂」式採用自行車式起落架),不得不採用上單翼下反的設計:

下反翼設計的「鷂」式戰鬥機

「鷂」式戰鬥機機翼下的矢量噴口

「鷂」式戰鬥機的飛行品質是出了名的差,跟下反翼設計有關。但由於它是過去多年唯一可用的垂直起降戰鬥機,各方不得不採用它。

對於中大型飛機來說,由於機身的自然尺寸,採用上單翼設計時,飛機重心離機翼太遠,導致橫滾穩定性過高,飛機難以改變飛行姿態,因此常常採用下反翼設計來減少橫滾穩定性。

常在大型運輸機上看到的 上單翼下反設計

國內也有一款採用下反翼設計的飛機,就是西安的殲轟7「飛豹」:

下反翼設計的殲轟7

由於其殲擊轟炸機的用途,常常需要在低空使用,為提高操控反應,採用了下反設計。

另外,有些飛機並沒有上單翼導致的滾轉穩定,也需要採用下反設計,比如洛克希德的F104戰鬥機:

中單翼設計的F104水平尾翼很高,也具有滾轉穩定性,因此採用下反翼設計減少橫滾穩定性

這是因為其水平尾翼會在側滑時產生反側滑的橫滾力矩,同時由於水平尾翼較高,小尺寸的水平尾翼也會產生較大的橫滾力矩,導致橫滾過於穩定。採用下反翼設計有利於削減水平尾翼導致橫滾穩定性,提高操控。

參考

  1. ^Hicks, R. M., Henne, P. A. (1978). Wing design by numerical optimization. Journal of Aircraft, 15(7), 407-412.
  2. ^abGudmundsson, S. (2013). General aviation aircraft design: Applied Methods and Procedures. Butterworth-Heinemann.
  3. ^Roskam, J. (1998). Airplane flight dynamics and automatic flight controls. DARcorporation.
  4. ^RODDEN, W. P. (1965). Dihedral effect of a flexible wing. Journal of Aircraft, 2(5), 368-373.
  5. ^Brady, C. (2014). The Boeing 737 Technical Guide (Standard Budget Version). Lulu. com.


會造成升力中心上移/下移,影響滾轉方向的安定性。

飛機在滾轉方嚮應當是安定的,但也不能過分安定,否則滾轉方向特別安定、偏航方向沒那麼安定,容易進入荷蘭滾(反覆左右搖擺震蕩)。機翼上反/下反,是調節這個安定性的主要手段。一般來講,機翼在機身上部的通常會下反,在機身下部的通常會上反。


這個叫上反角,影響橫向穩定性,上卸增大橫向穩定性。

橫向就是滾轉的方向。


飛機上反角增加橫向穩定性-ATPL


那叫上反角和下反角,上反角可以增強飛機橫向穩定性,下反角減弱橫向穩定性,上單翼的飛機橫向穩定性好,下單翼橫向穩定性差,所以你會發現絕大多數上單翼都帶下反角,絕大多數下單翼都帶上反角


首先那不叫「向上」,「向下」傾斜,也沒有機翼主翼整體去上下傾斜的,通常代之以襟翼和副翼的運動,有時飛機還會加裝擾流板。

其中,副翼對飛機的橫滾角影響很大,可以產生滾轉力矩使飛機做橫滾機動。副翼通常位於主翼後緣外端,長度大概佔主翼六分之一左右。

襟翼通常分為前緣襟翼和後緣襟翼,具體又可以分為簡單襟翼,開縫襟翼,後退襟翼和分裂襟翼,主要通過改變機翼彎度的形式來增加飛機在非平飛狀態時的升力,推遲附面層分離,減小氣流分離的迎角。

通俗的來說,副翼有助於加強飛機的操縱性,襟翼有助於加強飛機的穩定性。


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