飞机飞行的奥秘源于可靠的机翼。古往今来,为提升飞机飞行性能,设计师常常在机翼设计上“大做文章”。
自莱特兄弟试飞了世界上第一架飞机“飞行者一号”后,人类开启了对飞机设计的广泛研究。其中,就包括研究机翼形状对飞机性能的影响。
早期,飞机机翼与机身基本呈90°角,机翼从里到外几乎等宽,被称为平直翼。随着航空发动机快速发展,飞机飞行速度不断提升,平直翼的短板也逐渐凸显:在高速飞行时,平直翼所带来的阻力增大,使得飞机航程大为缩短。
这时,有人发现,如果将机翼向后偏折,与机身呈小于90°角,飞机飞行时的阻力会比平直机翼要小不少。这就像我们平时切菜时,如果垂直往下切,阻力就会比较大,但往下切的同时向后斜一点,就会轻松地切下去。于是,一些设计师把高速飞行飞机的后掠角越做越大。
然而,物极必反。机翼较大的后掠角度适合飞机高速飞行,但在飞机低速飞行时,机翼升力却下降了不少,对一些可能需要低速飞行的飞机,特别是在航母上短距离起降的舰载机而言,较大的后掠角度可能使飞机无法满载升空。
此时,有专家提出一个大胆的想法:把平直机翼和后掠翼拼凑在一起,在低速飞行时使用平直机翼,在高速飞行时使用后掠翼。
于是,变后掠翼飞机出现了。
变后掠翼,顾名思义就是向后偏折,在一定范围内可以灵活变换角度的机翼。
二战期间,德国率先进行了这项研究。1944年7月,德国梅塞施密特公司研制出P.1101型可变翼喷气战斗机,但这种飞机只能在地面上调整机翼后掠角度。
1945年4月,美军发现梅塞施密特的秘密工厂,当时P.1101型战斗机完成度达到80%。3年后,美军将尚未完成的该型战斗机原型运回美国贝尔飞机公司,总设计师罗伯特·伍兹斯在其基础上进行改进,研制出世界上第一架真正能在空中调整后掠角度的变后掠翼机——X-5试验机。
没想到,X-5试验机试飞时出现不少问题。经过多年研发改进,美国研制出世界上第一款实用型变后掠翼机——F-111战斗机。
当时,美苏正处于冷战时期,苏联研制出一款苏-7战斗轰炸机,但其并不擅长短距起飞,而且对跑道的要求特别高,这显然不是苏联想要的战斗轰炸机。
既要飞得快,又要能够短距起降,苏联设计师想到了采用变后掠翼设计。于是,在苏-7战斗轰炸机的基础上,苏霍伊设计局研制出拥有变后掠翼的苏-17攻击机。自此,苏联也有了变后掠翼机。
此后,世界上掀起了变后掠翼机的研发潮流。苏联先后推出米格-23和苏-24战斗机、图-22和图-160轰炸机,美国有F-14和B-1轰炸机,欧洲有“狂风”战斗机。
对战斗机而言,变后掠翼的结构复杂、重量大,转动装置放在机翼里面,把原本可以放油箱的位置占满,造成战机航程缩小了20%以上。除此之外,变后掠翼机还存在可靠性差、成本高等缺点。
之后,变后掠翼机不再受追捧了。不过,对轰炸机而言,特别是投弹时需要冲入敌区进行超音速突防的战略轰炸机,变后掠翼仍具有一定的军事价值。
上图:X-5试验机的后掠翼角度有3种:20°、40°和60°。资料照片