貳、翼形
飛機於主翼(Wing)翼形設計時,須與水平尾翼(水平安定面)、垂直尾翼(垂直安定面)一同考量。設計人員將翼形與各安定面之位置確定時,飛機的雛形就出現了,再來就是一堆後續且複雜之細部設計作業、風洞測試等研發事務。目前採用之機翼翼形於設計上大致分為以下數種:

一、直翼
此翼形設計曾廣泛使用於使用以活塞氣冷及液冷發動機為動力的飛機,在進入噴射動力時代後仍採用至今。該翼形前緣後掠角與後緣前掠角均小於30度,且主翼於次音速範圍內表現頗佳,但翼面震波阻力太高,故於飛行極速在馬赫0.85以下之飛機較常見。其水平安定面與垂直安定面呈十字交叉或倒T字,以獲得次音速範圍內之操作能力。

在軍用機如捷克AERO L-29、台灣漢翔(AIDC)AT-3、西班牙的C-101、俄羅斯MiG-AT等以噴射發動機為動力之高級教練機,以及如美國雷神(Rytheon)T-34、T-6A等以渦輪軸發動機為動力之初級教練機。

二、後掠翼
該翼形前緣後掠角約於40度以下,後緣前掠角可於0度至30度間變化。可有效降低翼面震波阻力,且不會因氣動力效應而將主翼折斷,因此成了噴射動力時代之航空器翼形主流,但其低升力及副翼反效應之特性卻令設計人員頭痛。廣泛使用於採高肩翼設計之大型軍用運輸機,以及普遍採低翼設計之大型客機。要注意的是若主翼後掠角過高,主安定面翼樑結構將不足以支撐翼面負荷。其水平安定面設計位置,與直翼翼形之水平安定面位置接近,大型軍機則一般將水平安定面抬高至垂直安定面翼端。

採用後掠翼翼形之軍用機代表性機種有北美F-86、米格MiG-15/17、圖波列夫(Tupolev)Tu-95/142,在商用機方面有波音747-400、空中巴士A340-300。尤其圖波列夫Tu-95/142轟炸機是使用渦輪軸發動機為動力,再搭配後掠翼翼形之特殊設計。

三、前掠翼
有關該翼形之源起,據說源自於二次大戰時期納粹德國的飛機研發資料。在1950年代末期,當航空器設計人員發現飛機飛行速度接近馬赫一的速度(即音障)時,後掠式主翼無法處理翼面震波阻力,故想到將主翼前緣改變角度,使氣流在主翼上之作用力一部份被分流至平行於翼面前緣方向,以減低翼面震波阻力。該翼形前緣前掠角約於40度以下,後緣後掠角與前掠角之角度接近。

前掠翼由於可裝在飛行重心之後,而空出飛行重心兩側之可利用空間,於1/4弦線(升力中心線)之角度比較小,而使升力係數比後掠翼會高,故被航空器設計人員認為是比較優良之翼形設計。但翼端會朝攻角方向扭曲,導致主翼振動頻率大增,可能會導致翼端折斷,因此沒有實用在量產的飛機上。

目前僅有兩款概念驗證機採用前掠翼翼形設計,較早期的為1984年諾格(Northrop Grumman)推出的X-29A概念驗證機,該架驗證機由現有戰機組件組裝而成,其水平安定面設計位置,與主翼在同一線上。另一款則為於1997年首飛的蘇霍S-37驗證機,與X-29不同的是於機翼與機身採全新設計,並採用先進的航空材料。

四、三角翼
航空設計人員將其定義為主翼前緣後掠角超過45度,而後緣後掠角為0度,無水平安定面,謂之三角翼(Delta wing)翼形。因主翼後掠角相當大,故飛行速度在馬赫2以上時,主翼前緣仍在馬赫錐內,氣流震波阻力低。

而龐大之三角翼翼形主翼使翼負荷降低,翼內可利用空間大,主安定面翼樑結構強,翼厚比低。且翼下可利用空間大,在軍用機上可用於掛載空用武器。而且於1/4弦線之後掠角不高,翼前緣氣流還可提高高攻角性能。但主翼面積太大,高攻角阻力值大增,展弦比低又影響總升力係數,與低後掠角翼形相比,其升力係數更差。此外,三角翼翼形也可以看作翼端弦線長度為零。

此類主翼無水平安定面構型之飛機,可以減輕機身重量,發動機推重比之增加可改善其升力係數差之缺點,該翼形代表性飛機為法國達梭公司(Dassault)的幻象(Mirage)系列戰機,堪稱是三角翼翼形飛機的極致作品。

五、尾式三角翼
主翼前緣後掠角超過45度,而後緣後掠角為0度,並有一個與主翼在同一線上,後掠角超過50度之水平安定面,謂之尾式三角翼翼形。一般無水平主安定面飛機在使用副翼控制飛行姿態時,不僅會降低主翼升力係數,也因力矩比較小,故滾轉率表現不如有水平安定面之航空器,故加裝水平安定面以改善此缺點。

該翼形代表性飛機為米格設計局的MiG-21戰機系列,可謂尾式三角翼戰機常青樹。而成都飛機製造公司生產之殲擊七系列戰機,更將該構形之設計發展至極致。

六、雙三角翼翼形
又稱多重後掠角翼形,如MiG-21因為三角翼翼形之主翼後掠角太大,翼負荷又高,故成都飛機製造公司之殲擊七戰機之外銷型F-7MG,將主翼修改為雙三角翼翼形(內側前緣後掠角固定,外側前緣後掠角降為42度),方能改善。

因應主翼各處氣流特性不同,故以修改各段主翼後掠角及翼剖面構型之方式,在飛行操作上效率提高。

七、漸縮翼
該翼形定義為主翼前緣後掠角小於45度,後緣無前掠角者。因1/4弦線處幾乎無後掠角,升力係數相當大,主翼展弦比也大,於低空次音速及短場起降性能之表現相當良好。該翼形翼面前緣已無強烈渦流產生,故要搭配翼前緣延伸面以提高飛機於高攻角飛行時之性能。

其水平安定面位置,於設計時安排與主安定面於同一線上或稍下方,以避免遮蔽效應使水平安定面失效。如諾斯洛普(Northrop)F-5、麥道F/A-18及漢翔F-CK-1戰機即採此類搭配設計方式。

八、前翼構形
以三角翼翼形主翼搭配前置安定面,以增大飛機俯仰控制力,並以前置安定面產生之渦流加強高攻角性能,並使於次音速飛行時比較好控制。此外,前置安定面尚可作為控制面使用,並延緩失速之發生。因主翼為三角翼翼形,延續其翼形之特性,故轉彎率高。並可延伸飛行半徑,掛載大量空用武器。

但如瑞典紳寶(SAAB)JAS-39、法國飆風式(Rafale)、歐洲戰機集團(Eurofighter)的颱風式(Typhoon)戰機,為降低研發成本採單垂直安定面,在高攻角飛行時單垂直安定面被機身產生之紊流遮蔽,因此產生遮蔽效應。即使渦流持續維持升力,但飛機本身已失去滾轉方向之穩定性,故採該翼形設計的戰機攻角大部份在30度以內。

九、幾何可變翼
何謂幾何可變翼(Variable-Geometry Wing),就是主翼之後掠角度可隨飛行速度以液壓致動器調整,是氣動力效率上最高之翼形,因主翼為可動式,故採肩翼配置,以容納液壓致動器。其水平安定面位置,與主翼於同一線之稍下方。

該構形為續航力及短場起降力頗為傑出,但因主翼的翼樑結構體無法連貫,導致機體結構強度比較弱。代表性戰機有MiG-23/27、Su-24M、格魯曼(Grumman)F-14A,而且該構形運動性能與其氣動力設計有很密切之關係。

十、飛行翼
即全翼翼形,所謂全翼翼形是翼胴融合及移除機尾安定面的先天不穩定構型。因為沒有垂直尾翼,因此在低空飛行時橫向偏航(Longitudinal Yaw)問題特別嚴重,故需在機尾段加裝副翼方能穩定低空飛行性能。在做飛行動作時,由翼端的分離式阻力方向舵控制,可做滾轉(Roll)、偏航(Yaw)動作,並兼具空氣煞車板(Air Brake)功能。

飛行翼(Flying Wing)具有較長翼展及較大的翼面積,翼負荷較傳統構型的航空器要小很多,在起降時僅需調整原有控制面即可起降。但飛行翼在飛行時會有嚴重的縱向震動(Longitudinal Oscillation),即不斷產生上下俯仰動作及欠缺方向舵造成的自由滾轉(Dutch Roll),即飛行時機翼會自行左右搖擺。因此傳統的飛控系統無法操縱飛行翼,必須以線傳飛控(Flying By Wire)系統及飛行控制電腦來控制飛行姿態。

該構形曾有諾斯洛普早期推出的XB-35/49兩款實驗轟炸機,但皆因不易操縱而墜毀,現在因航空科技不斷進步,B-2匿縱轟炸機為飛行翼的成功代表作。
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