一个具有曲面和正迎角的机翼,最高流速在哪?

世界十大战斗机, 来自‘空中王者’的内卷,哪一位才是你们心中的最强?是美国的F-22 还是俄罗斯的苏-57?本期将结合网络资料,来给大家盘点这前十名。

第十名——苏-35多用途战斗机

苏霍伊苏-35战斗机,是俄罗斯苏霍伊设计局在苏-27战斗机的基础上,研制的深度改进型单座双发,超机动性多用途战斗机。

在世界上属于第四代战斗机改进型号,即第四代半战斗机,苏-35称得上是名副其实的空优战斗机

武器方面搭载有,14个多用途挂架的外挂点,能挂载的导弹种类也是相当之多。

其机身配备的航电系统中,运用了新型的无源相控阵雷达,提供了极为突出的作战优势;能够进行远距离追踪多目标的能力,跟踪和摧毁空中目标的距离最远能达到400千米

并且装备了两台117S发动机,以及矢量推力技术,使其具有接近五代机水准的机动能力。

总体来说 苏-35在四代机综合实力中,已经是非常出类拔萃的存在

第九名——F-15超音速喷气战斗机

F-15战斗机是美国空军的一型超音速喷气式第四代战斗机,由美国麦道公司研制的,1972年7月首次试飞。

F-15机身全长19.45米,翼展13.05米 ,高为5.65米;武器方面 ,机身下有六个翼下挂点,四个机身外侧挂点 一个机身中线挂点,总外挂可达7300千克。

F-15的主要武器是AIM-7空空导弹、AIM-9空空导弹和AIM-120空空导弹等,其中进气道下方外侧可以挂载AIM-7和AIM-120,机翼下的多功能挂架可以挂载AIM-9和AIM-120。

还可以挂载美国空军各种航空炸弹、包括自由落体核弹,以及2000千克GBU-28碉堡穿透炸弹。

辅助武器为右侧进气道外侧安装的一座M61A1火神机炮。

F-15战斗机具有多功能的航电系统,包含了抬头显示器 超高频通讯,战术导航系统与仪器降落系统,以及CP-1075/AYK中央数据计算机等等。

早期的F-15配备了两台普·惠公司的F100-PW-100涡扇发动机,到后期改进更换了F100-PW-229涡扇发动机。

推重比7.8 可以左右互换安装,在理想条件下拆卸时间只需要20分钟,使其能够在不同的要求下进行改变

第八名—— 歼-16多用途战斗机

作为一款我们中国国产的战斗机,是中国沈阳飞机公司在歼-11BS战斗机基础上,发展研制的四代半双座双发多用途战斗机;该机外形参考俄式苏-30多用途战斗机。

歼-16装备主动电子扫描相控阵雷达,可同时识别攻击多个目标,具备远距离超视距空战能力和强大的对地、对海打击能力,与歼轰-7比较歼-16的机体更大

最大载弹量12吨, 可以发射霹雳-10、霹雳-15空对空导弹 、鹰击-83、 鹰击-91、空地-88等空对面导弹。

该机装备中国产的涡扇-10‘太行’发动机,其性能与美国最新的F-15EX多用途战斗机相当,歼-16可以同时执行空空和空地任务,让空海军作战队实现了作战中的任务转换,朝着联合作战目标更近一步

但它唯一的缺点 就是空战自卫能力差,难以达到空军要求的多用途作战的要求,不过总的来说 歼-16战机的出现,具有很强的划时代意义

第七名 ——欧洲三雄‘阵风’战斗机

阵风战斗机是法国一型双发三角翼、 高机动性 、多用途第四代半战斗机

阵风战斗机真正的优势在于多用途作战能力,这款战斗机是世界上‘功能最全面’的,不仅海空兼顾 ,而且空战和对地、对海攻击能力都十分强大。

机身全长15.27米 翼展10.80米 机身高5.34米,阵风战斗机上共有14个外挂点(海军型13个)其中5个用于加挂副油箱和其他武器,总的外挂能力在9吨以上。

主要挂载米卡系列导弹 魔术-2和米卡雷达制导空对空导弹,除此之外, 所有型号的阵风上,都有一门30毫米航空机炮,发射火力为每分钟2500发。

该战斗机采用集成模块化航空电子,可同时跟踪8个目标,自动评估目标威胁程度, 排定优先顺序,并且能够提供分辨率高至小于1米的合成孔径雷达图像。

阵风是一款能力全面,性能比较均衡的多用途战斗机,被称为欧洲‘三雄’之一

第六名 ——欧洲三雄‘台风’战斗机

台风战斗机是一型由欧洲战斗机公司设计的双发、 三角翼 、鸭式布局、高机动性的多用途第四代半战斗机

台风战斗机共有13个外挂点,每个机翼下各有四个 进气道正下方一个,进气道两边角落各两个半埋式挂点,可装备超视距空对空导弹。

一套武器控制系统管理武器选择,发射和监控武器状况,能使用广泛多样性空对空和空对地武器,导弹的挂载也是种类繁多,6×AIM-120中程空对空导弹、6×AIM-9响尾蛇导弹等等。

采用了EJ200发动机,该发动机使其在布局上比现存的发动机,要小且简单 燃油消耗少 且具有较高的推重比。

台风战斗机采用了鸭式三角翼无尾布局,矩形进气口位于机身下,这一布局使得其具有优秀的机动性,但是隐身能力则相应被削弱。

但总体来说 台风战斗机,拥有高速优异的操纵性, 也具有很好的缠斗能力,还具有空中加油能力,欧洲‘三雄’也被它独占一方。

第五名 ——F/A-18‘大黄蜂’战斗机

F/A-18战斗攻击机 又称‘大黄蜂’,是美国海军一型超音速喷气式第三代战斗机,由美国麦道公司研制,原型机1974年6月9日首飞。

1983年进入美国海军服役,后衍生了多种改进型号,就拿F/A-18C来分析。

作为一款舰载攻击机,F/A-18战斗攻击机共有9个武器硬点,翼尖两个, 翼下四个 ,进气道侧壁两个,机腹中线一个。

该机保留了YF-17的翼尖‘响尾蛇’空空导弹挂架和机头机炮 ,外部能携带13700磅弹药,两个翼尖挂架各可挂1枚AIM-9L空空导弹,两个外翼挂架可带空对地或空对空武器,包括AIM-7‘麻雀’空空导弹、AIM-9空空导弹 、AIM-120空空导弹、AGM-84反舰导弹等等。

F/A-18安装了Itek公司的,AN/ALR-67雷达告警接收装置,可对各种电子威胁进行探测 、分析 分类,并采取对抗措施、 该战斗机配备两台F404-GE-400低涵道比涡轮风扇发动机,单台加力推力7200千克,发动机重量为983千克 推重比7.4,进气道采用固定斜板设计,位于翼根下的机身两侧。

随着时间的推移 ‘大黄蜂’逐渐成为,美国海军舰载航空兵的军马。

第四名—— 苏-57 多功能重型战斗机

苏-57战斗机 是俄罗斯空军的一款单座双发隐形多功能重型战斗机,是俄罗斯第五代战斗机;前身为T-50战斗机, 2010年1月29日首飞。

武器系统方面 苏-57战斗机可携带10吨各式武器,为其研制的最新式武器有十多种,包括各种类型的导弹以及航空制导炸弹。

苏-57拥有至少两个内置弹舱,整个武器舱室几乎占飞机容量的三分之一,主要装载远距和中距空对空导弹,在执行的战斗任务不需隐身的情况下,可外挂智能炸弹及导弹;此外, 苏-57装有一门30毫米GSh-30-1航空机炮,能对敌人进行精确的打击。

苏-57使用了SH121雷达系统,当中包括了三部X波段雷达,分别置于正前方及左右两则。

机翼另有L波段雷达,以应付对X波段有低RCS的低可侦测目标,如隐形战斗机。

除先进的雷达系统外,苏-57还装备了新型无线电侦察和对抗系统可以在不打开雷达 ,不暴露自己的情况下,发现敌人并实施干扰

动力方面 苏-57战斗机因为采用了,轴对称矢量推力喷口;从飞机整体布局来看,进气道的位置与苏-27相近,有助于改善战机的大迎角性能,机身扁平 延续了苏-27的升力体设计,加上机翼面积较大、 翼荷较低,因此具备较大的升力系数。

总的来说 苏-57战斗机的设计,更加突出高空高速和超机动作战能力,没有牺牲气动性能来换取隐身优势,原因之一是按照俄罗斯军方的‘第六代战争’思想

第三名 ——F-35 舰载隐形战斗机

F-35战斗机是美国一型单座单发联合攻击机,在世界上属于第五代战斗机是世界上最大的单发单座舰载战斗机和世界上唯一一种已服役的舰载第五代战斗机

F-35战斗机具备较高的隐身设计,先进的电子系统以及一定的超音速巡航能力,主要用于前线支援 、目标轰炸 、防空截击等多种任务。

并因此发展出3种主要的衍生版本,包括采用传统跑道起降的F-35A型,短距离起降/垂直起降的F-35B型,与作为航母舰载机的F-35C型。

F-35的隐身设计借鉴了F-22的很多技术与经验,其雷达反射面积分析和计算,采用整机计算机模拟,综合了进气道 、吸波材料、 结构等的影响;比F-117A的分段模拟后合成更先进 全面和精确;同时可以保证飞机表面采用连续曲面设计

F-35的隐身设计 ,不仅减小了被发现的距离,还使全机雷达散射及红外辐射中心发生改变,导致来袭导弹的脱靶率增大。

配备了F119-PW-100发动机,为提高推力 ,增加了发动机的空气流量和涵道比,提高了发动机的工作温度;为了获得短距起飞和垂直着陆能力,垂直起降型增加了新颖的升力风扇,三轴承旋转喷管 、滚转控制喷管。

F-35最为主要的, 是有四大关键航空电子系统,AN/APG-81有源相控阵雷达、光电分布孔径系统、 综合电子战系统及洛以及光电瞄准系统;此外光电瞄准系统还具有高分辨率成像、自动跟踪 、红外搜索和跟踪、 激光指示、测距和激光点跟踪功能。

第二名 ——歼-20‘威龙’隐形战斗机

歼-20 作为我国战斗机中的‘扛把子’,代号‘威龙’;是中航工业成都飞机设计研究所研制的一款 具备高隐身性 、高态势感知、高机动性等能力的隐形第五代制空战斗机,于2011年1月11日进行首飞。

作为我们中国的‘八翼天使’,融合全球多种优秀战机的精彩设计于一体机身全长20.3米 、翼展12.8米,最大飞行速度能达到2.5马赫,最大爬升高度也能达到2万米, 航程为5500公里,在全球称得上世界一流水准。

武器的搭载也是种类繁多,如 远程空对空导弹霹雳-21、中程空对空导弹霹雳-12D 、近程空对空导弹霹雳-10以及精确制导滑翔炸弹雷石-6。

同时在机翼的设计上 ,采用了上反鸭翼带尖拱边条的改进,赋予了歼-20更强大的机动性,在近距离作战中, 有着至关重要的作用。

作为一款五代机 歼-20的隐身能力也是非常出色,经过军方测试, 歼-20的雷达反射面积仅仅只有0.027平方米, 相当于一只麻雀大小,这样的隐身能力 足以让人叹为观止。

歼-20战斗机列装空军作战部队,将进一步提升空军综合作战能力,有助于空军更好地肩负起维护国家主权,安全和领土完整的神圣使命。

第一名—— F-22‘猛禽’隐形战斗机

F-22战斗机, 又称‘猛禽’战斗机,是美国一型单座双发高隐身性第五代战斗机,是世界上第一种进入服役的第五代战斗机,由美国洛克希德·马丁公司和波音公司联合研制,于21世纪初期陆续进入美国空军服役,以取代F-15战斗机。

武器方面, 空对空挂载:六枚AIM-120先进中程空对空导弹和两枚AIM-9响尾蛇导弹;空对地挂载:两枚GBU-32联合直接攻击弹药、两枚风偏修正弹药洒布器 、八枚GBU-39小直径炸弹、两枚AIM-120先进中程空对空导弹以及两枚AIM-9响尾蛇导弹。

除此之外 ,还配备了一门20毫米M61A2火神机炮,备弹480发 采用电机驱动,发射速度达到4000发/分,并配有训练弹 、穿甲弹、 高爆弹等不同弹种。

F-22搭载的雷达为带电子扫描的主动相位阵列雷达,它包含了近2000块模组,其中使用了超高频率范围的单一积分系统技术。

服役的F-22战斗机装备两台F119-PW-100低涵道比加力涡扇发动机,单台最大推力104千牛,加力推力156千牛 推重比超过10,并且采用了推力矢量技术,发动机喷口能在纵向偏转20度,使F-22具备了极佳的机动性和短距起降性能。

F-22战斗机的隐身性能 、灵敏性、 精确度和态势感知能力结合,组合其空对空和空对地作战能力,使得它成为当今世界综合性能最佳的战斗机。

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很多人会说我知道,我知道。因为伯努利效应嘛。机翼上方为弧形。气流流过机翼时间不变,上表面路程更长,速度更快,压力更小,所以产生压差,产生升力。那么,真的是这样的吗?

上面的解释看起来完美无缺,但是细心观察我们就会发现还是有很多漏洞的,有些朋友就产生疑惑了,我看有些飞机翼型明明是对称的啊,而且我看航展上倒飞的飞机比比皆是,凭啥也有升力?

这就牵扯到另外一个重要的概念:攻角(也被称为迎角,注意不是仰角,仰角是机翼和水平地面的夹角)。攻角也称迎角,是指翼弦线(连接机翼前缘和后缘的直线)与流体方向之间的夹角。当攻角为零时,对称翼型确实不产生升力;但是对称翼型只是关于翼弦线对称,当攻角不为零时,此时翼弦线与风速方向不再一致,失去了对称性,一样能通过产生路径差,造成流速不同,产生升力。

雷鸟飞行表演队的F16倒飞

不过这里面要提一下,虽然这种升力确实来源于流速差,但是传统的基于同时原则要求来流在经过机翼后同时交汇因此产生速度差的解释其实存在问题,因为现代风洞实验表明,流过上表面的气流往往会更早的流至机翼后缘,不再交汇。需要详细了解的可以看一下这个视频(但是事实上这个解释也比较偏入门级,但我已就这个等级了,再深我也搞不懂)

通过加速上表面的气流来产生升力的飞行器往往长这个样子。

这种升力解释也可以解释大部分低于音速飞行的飞行原理,但是对于接近音速的飞行器就不行了。

那么我们飞行速度快一点,在接近音速的时候,激波就出现了。我们在此先了解一下激波和音速的关系。首先我们要知道声波的是介质中压强扰动以波形式传递,就像接力赛一样把速度传递给前面的空气粒子,而自己传递后停留在原地。其传递速度就是声速,因此在低于音速飞行前,这种压力能够正常扩散。到达音速的时候飞行器的速度和波的速度一致,波与波之间形成了一道“墙”,也就是所谓的音障。而在超音速后,飞行器形成的压力波,后面形成的总是能够“追上”前面的波,一道又一道波连续在一起,形成了所谓的压缩波,也就是激波,

个人感觉能让人对激波和音障最好理解的图片了,M是马赫的也是

因为波已经连到一块了,对于激波内的气流来说,其速度变化就不是单单的传递那么简单了,因此在激波内部和飞行器的相对速度也会下降,压强增大。

说了这么多,那么在机翼接近音速的时候会发生什么事呢?我们知道传统翼型上表面会加速的更快,也就意味着上表面的气流会更快到达音速,达到音速形成激波,气流直接往上脱离了,不再吸附于机翼上表面,直接就失速了,怎么办呢?于是便有了超临界翼,比较典型的如运20,C17这种亚音速飞行的飞机都选择了这种翼型,

直接把上表面切平,减少其对气流的加速,而作为补偿,机翼下表面凹进去一块,后缘存在非常明显的下掠,对于这种翼型来说,其升力就是来自牛顿定律,气流向下偏转,相应的机翼收到向上的力

(其实严格来说将升力分为伯努利解释和牛顿力学解释并不合理,一方面的伯努利解释本身就符合牛顿力学,伯努利效应毕竟也是在宏观低速的情况下的,只是牛顿力学的一种特殊情况罢了,另一方面两种作用往往是同时存在,并互相影响的产生升力的)

那么我们更快一点,直接让这个飞行器超过音速会怎样?这种情况下升力来源就成了激波产生的高压。典型的超音速翼型长这个样子,

即机翼呈菱形,超音速气流与机翼,相撞,上表面因为和气流方向相平行,在理想情况下不产生激波,而下表面则因为飞机的速度比音速快,后面产生的“波”总是能追上前面的波,形成压缩波(也就是前文介绍的激波)因此对气流不断减速,压力更大,然后为了防止形成真空导致出现很多的压差阻力,上下表面开始合拢,此时上表面向下偏转,气流膨胀形成低压,此时压差也存在了,也会形成一道又一道的压力波,但是问题在于压力波的速度是音速,而飞机本身的速度比音速快,激波等于说是被一道一道的甩开了,无法形成连续的激波,因此这种波叫做膨胀波,其压强仍然低于下表面,依然有压差提供升力。

这个时候有趣的事情发生了,我们假设一个机翼同时符合理想的亚音速机翼和超音速机翼的特征(事实上现实中战斗机的机翼就是要结合着两种机翼的优点,不过往往不能完全兼顾罢了)亚音速时上表面最大凸起的时候速度最快,压力最小,机翼的升力的中心在大约1/4处,

而超音速时,升力基本均匀分布,机翼升力的中心则变成在1/2处,

机翼的升力中心后移,这也就是为什么大多数飞机超音速后气动焦点后移的原因,而跨音速段气动焦点变化太大,对于那种亚音速气动焦点在前,超音速后气动焦点的飞机上来说,变化太大难以控制,同时机翼也会使劲震颤,这也是所谓苏27跨音速陷阱的由来,而像F15这种气动焦点一直在后的飞机就基本上不会有这个问题。我们知道超音速下的理想翼型和亚音速下的理想翼型不太一样,但是问题在于然后超音速的飞机再怎么也得经过低速的飞行才能超音速啊,现在的飞机往往可以通过大量的风洞吹风模拟,还有超级计算机模拟,选择一个兼顾低速和高速的折中翼型,但是在人类刚学会超音速的年代,对速度的追求,和对空气动力学了解的薄弱导致当时很难做到权衡。

F104的机翼,这种已经算是比较极端的了

超音速是目标,那么只能找一种低速下不太依赖机翼外形的升力来源。这个时候工程师想到了科恩达效应,也就是所谓附壁效应,

相信各位在洗勺子的时候也发现了这个现象,这就是科恩达效应,不过液体的科恩达效应和气动的其实质上还是有不小区别的

我们知道气体是具有粘性的,因此射流具有连带射流附近的气流一期加速的特性,当射流的一侧有壁面时,受壁面的阻隔,射流带走部分空气后,原来的地方得不到足够的空气补充,当地的压强就会降低,气流则因为靠近壁面部分的气压的气压低被压向壁面。因此射流具有依附于壁面的特性,同时射流因为速度较快压力小,也能产生可观的升力,

安72运输机通过发动机对机翼吹起来短距,原理与之一样

F104上的吹气襟翼就是基于此原理设计的,极大程度的改善了F104的低速性能(当然依旧很寡妇制造者就是了)。

那么我们更更快一点呢?这里就要介绍一下乘波体飞行器了,需要指出一下乘波体的飞行原理和超音速下机翼的原理没有本质不同。本质上都是利用激波产生的压缩升力。在了解乘波体前我们要先了解一下激波的特性,激波分为两种:脱体激波(也被称为正激波)和附体激波(也被称为斜激波),在超音速下钝头体飞行器因为其倾斜角超过了激波的后掠角,

航天飞机就是一款典型的钝头体飞行器,因为对于钝头体飞行器来说,和气体撞击产生的热在前部分布的更均匀,所以可以更好做隔热

因此会继续撞击气流,带动气流向前,直到相对速度低于音速,并且飞行器本身和激波不接触。

而附体激波则其倾斜角小于激波后掠角,因此物体前缘始终能保证和激波接触,顾称附体激波。同时因为气流可以向两边跑路,只要不和飞行器接触就行了,因此经过附体激波后的气流和飞机的相对速度是可以超过音速的。然后我们再了解一下激波的特性,即激波内的气体不会流向激波外。还有气体本身固有的从高压流向低压的特性。那么乘波体究竟应该怎么理解呢?首先上上表面,遵循上表面完全和来流平行的原则,不产生激波。而下表面则要求下表面激波产生的高压区不会忘上表面延伸。怎么办呢?通过连续的附体激波保证将乘波体和上表面和下表面的气流分割开来。就开始实现升阻比的最大化。

某种程度上XB70瓦尔基里的倾斜机翼就很符合这种特征,算是一种类乘波体

多说无用,今天终极侧卫35姬手把手教你怎么做一个年轻人的第一个乘波体。

第一步,先做一个楔形物体,然后对着吹超音速气流,确定激波面。

第二步,沿着激波面画线,确立需要的乘波体前缘

第三步,确立乘波体上表面,注意,上表面要求和超音速来流平行(我在里面就画的不够标准)

第四步,确定乘波体上表面(画的不标准),要求从侧面选取任意一个截面,上面表面同超音速来流的角度都于楔形上表面同超音速来流的角度相同

如此,一个乘波体就完成了,什么?看起来不像?那你翻过来再看看。

掌握了这种方法,除了双斜切的乘波体外,哪怕是曲面的乘波体也是手到擒来。

但是这样就有一个问题,这样的乘波体虽然设计起来简单,但是容积太小,难以做实用的乘波体飞行器。有什么办法吗?有,这种乘波体我们选择的是楔形激波,如果我们选择圆锥形的激波呢?便有了这样。

唯一的问题就是,对于这种乘波体,哪怕我们确定了下表面所要的激波形状,因为激波下表面不是平面,而是一个曲面。对应的我们画出一个乘波体下表面也很难。而上表面就比较简单,我们从后缘的形状出发,相前面平行延伸,直到与锥形激波相交,就能画出乘波体前缘。如此,我们画出的乘波体的容积也就可以更大了

东风17便是这种典型的锥导乘波体,需要注意的是,在地面上我们看到的上表面其实在飞行中是下表面

如此便是目前主流固定翼飞行器升力的来源了,现在网络上盛传一种说法就是人类从来不知道飞机是怎么飞行的。这个是错误的,人类其实很清楚飞机为什么能飞,唯一不太确定的是升力到底应该怎么算比较合理,这需要我们彻底解开N—S方程,这是七个“千禧难题”(又称世界七大数学难题)之一。目前来看解开遥遥无期,不过非得认为我们只有解开了N—S方程才算是认识到升力是怎么产生的。这种想法是偏还原论的,事实上,这种思想已经被认为是不切实际的,我们不可能通过一组基本的物理法则推导出世界运行的全部规律,对于升力来说也是这样,我们现在做不到解开完整的N—S方程,但是我们可以解开理想条件下的部分N—S方程,比如说把一些数据设定成理想值什么的。然后通过风洞吹风和前人总结的经验模型,设计出一款对于我们来说足够用的飞机就可以了,完全了解升力的产生对我们来说不但效费比不高,而且也做不到。

新人渣作,文笔不好,觉得不好的,求轻喷,如有错误,请在评论区留言或者私信。跪求三连。我是终极侧卫35姬,我目前已经加入星海伊束团队,这也是我们将来会做的视频的文字版,欢迎大家关注。

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