飛機可變後掠翼(variable-sweep wing)為什麼被淘汰?其機械結構會有多複雜?

可變後掠翼被淘汰的原因是否主要由於機械結構太複雜?如果是因為太複雜,如F14那種實現機翼「前-後」運動的機構會有多複雜?


兩個原因,第一個原因題主和其他答主都已經說得很清楚了,就是變後掠翼本身存在著結構複雜、笨重、難以設置掛點油箱、引起氣動中心變化等等缺陷,但這些只是將變後掠翼拉下馬的兩隻手中的一隻,畢竟變後掠翼低速高速兼顧的優勢足以讓當時各國飛機設計師面對以上這些缺陷默默的說「忍了」。拉下變後掠翼的第二隻手是邊條翼的出現,這種結構簡單的東西為設計師們兼顧低速和高速性能提供了另一條捷徑。它沒有以上變後掠翼的所有缺點,卻可以讓其身後中等展現比的機翼擁有不俗的低速和高速性能,變後掠翼自然就無人問津了


傳統翼型適用的速度範圍比較狹窄,而變後掠翼就可以讓飛機同時兼顧低速性能和高速性能,但是這會極大增加飛機的設計製造維護難度及成本,以及帶來額外的死重。所以在新的氣動形式出現和計算機大量介入設計之後就趨於淘汰了。


F-14的結構可以參照這段:(引自空軍之翼F-14 雄貓的故事

  為了儘可能降低重量,F-14 大量採用使用新型材料,機體結構中有 25% 的鈦合金、15% 的鋼、36% 的鋁合金、還有 4% 的非金屬材料和 20% 的複合材料。由於採用了可變後掠翼,雄貓載機背部有著結構複雜的箱形結構——翼盒。翼盒兩端容納可變翼翼根轉軸,此部分是可變翼設計飛機的重點,也是飛機死重的來源。為了使翼盒重量盡可輕而又不應影響強度,格魯曼採用高強度輕重量的鈦合金來製造,由於鈦合金使用常規方法無法焊接,為此還發展了真空電子束焊接技術。除了承力外,翼盒也構成了一個整體油箱。雄貓的雷達罩與與機腹蒙皮處使用了複合材料,水平尾翼結構上首次採用硼纖維/環氧基複合材料,有更大的抗疲勞強度。


  F-14 的機翼可以說由兩部分組成,一部分是固定的翼套,容納整個翼箱結構,翼套後緣設置了柔性整流板,在翼套後的機身上部安裝了「充氣」袋結構(機翼展開時,充氣袋會膨脹填補機翼留下的空間,減少阻力),這樣在主翼後掠變化時始終保持與機身之間的密封性與流線性過渡。原型機翼套背部有著 4 個翼刀,在生產型上則變成了更象是加強筋的 4 個突起。另一部分是可動的主翼,前後緣有全翼展的前緣縫翼與後緣襟翼,前緣縫翼在一般情況下時下偏角度 7 度,起降時為 17 度;後緣襟翼分成三段,最大下偏角度 35 度,最內側的一段襟翼只能在起降時操作。低於音速時,外側的兩段襟翼可以作下偏 10 度(不能上偏)的動作,輔助橫滾。在主翼全後掠時,襟翼被鎖定不能動作。低速最小後掠時,在飛控系統的操作下,襟翼與縫翼自動配合動作改變機翼彎度,獲得最大的增升效果。機翼上下蒙皮使用鈦合金,以承受機翼後掠變化時產生的巨大應力。

另外有些結構圖你可以參考看看

B-1B

狂風

F/RF-111C

F-14


並沒有淘汰 - -

陷入低谷也是20世紀末期的時候,反而近年來因為對高速無人機的研究,可變翼現在是主要研究方向。

這是因為:

首先,可變後掠翼的設計可以滿足僅進行偵察目的無人機的遠航程需求。如果需要無人機進行高空低速,長時間續航,可以採用機翼小後掠角來增大自身的升力,滿足飛行條件;如果需要無人機進行低空高速飛行,獲取近地面情報時,可以採用機翼大後掠角,來提高速度,增加自身的機動性。

其次,無人機本身自重很小,也能夠容忍占重較大的可變翼機構。


對此,美國在國防預先研究規劃局項目(DARPA)中,對無人機未來發展研究中,代表產品MFX-2 也是其中之一。

選自英國《國際飛行》雜誌對MFX-2的報道

新一代航空技術公司(NextGen Aeronautics)已完成其MFX-2變形機翼無人機的首輪自主飛行。這架技術驗證機能獨立改變機翼面積和後掠角。
這一研究活動是美國防高級研究計劃局(DARPA)資助的變形機翼驗證項目中的內容,研究目標是設計出一種將監視平台具有的長航時巡航能力與攻擊飛機的高速機動能力集於一體的無人機。
去年該公司利用一架小型低速遙控無人機MFX-1驗證了其「柔性蒙皮(flexible-skin)」變形機翼概念。現用的這架MFX-2為第二代產品,採用2台噴氣發動機、重135千克,飛行中可在遙控和自主控制兩者間切換。
兩架飛機外形相似,但MFX-2的機翼設計比單發重45千克的MFX-1要簡單,後者帶有一個「W狀」的後緣。另外具有類似鋸齒機翼的一架全尺寸變形機翼無人機在NASA跨聲速風洞中進行了試驗。
新一代技術公司宣稱,鉸接結構和柔性蒙皮能使機翼面積改變40%、翼展改變73%、展弦比改變177%。與常規的變幾何機翼不同,變形機翼可實現機翼面積和後掠角分別改變,以獲得不同飛行時段的最優構型。
MFX-2在加州Camp Roberts軍用試驗場進行了多次自主飛行中變形飛行,在5次約10分鐘的飛行中,該無人機在保持姿態與航向以及轉彎過程中實現了機翼變形。從一種構型變形為另一種構型約需10秒時間。

除此之外,俄羅斯的在研製的PAK-DA轟炸機項目也是採用可變後掠翼結構。

至於在戰鬥機方面,變後掠翼技術也確實在20世紀80年代受限於當時的工業水平發展,確實是遇到了瓶頸。

但不可否認在同時代的其他飛機上,飛機設計師採用了前緣機動襟翼、升力機身、邊條翼等技術手段來提高超聲速飛機在低速飛行時的升力,雖然這些替代技術在一定程度上緩解了飛機兼顧高低速度下的飛行與控制問題,但是與能在任何飛行狀態時改變後掠角來提升飛行性能的雄貓比起來,這些替代技術對飛機飛行性能的改善作用仍很有限。

具體而言,雄貓使用可變後掠翼是因為當時,西方主流強調飛機的多用途,即全面改善性能,使飛機能夠適應所有速度高度範圍內的氣動力特性,並且作為艦載機也會提高作戰半徑。

在採用變後掠時使飛機的活動半徑增加了22%,航程增加了32%,但是機動性卻大幅下降,如升限降低了7%,加速性能降低了36%。

至於說的「對掛載犧牲」「造價高」等缺陷,這要具體分機型來說吧 - -

例如造價問題是雄貓的缺點:

F-14戰鬥機,先是去掉了副翼,而且其關鍵部位必須使用不能常規焊接的鈦合金製造,為了其空氣動力性能,甚至使用了類似氣囊的部件來補充機翼後緣缺失的部分,即使如此其重量還是超過了同類戰機。從而增加了製造和維護費用。《雄貓傳奇》

但不是MIG23 的問題。。。毛子的思路值得信賴。。

掛載能力犧牲也不是狂風的問題

但重心後置的問題確實是蘇24的問題

蘇24的可變後掠翼設計使得該機的重心比較靠後,在拆除了機首雷達電子設備後,容易出現尾部過重導致機頭上抬的問題,然後就在蘇24機身上方放置一塊水泥墩子防止機頭上抬。因此,對於可變後掠翼的現在戰鬥機不予使用的原因,我比較認同 @丁儀的總結,可變後掠翼的主要問題在於

最主要的缺陷是機體連續性不佳、對隱身性能造成損害,這才是下一代戰機所不能容忍的。

再補充,機構重量較大的缺點。


但不能認為這款設計是被完全淘汰的。設計沒有過時,只有符合不符合設計要求,從而會不會被使用 。

就像你說鴨翼很牛,但你問美國人為什麼不用呢 - -

最後,曾經下馬的強6。個人感覺很帥氣。另外,8爺也進行過可變後略翼的驗證。驗證結果是

變後掠翼殲8飛機的起飛重量增至15300千克.結構重量增加800千克。

因此也下馬


F14換髮換雷達以後,其維護水平和同時期的F15是一樣的。
所謂變後掠翼維護困難存粹是謠言。
事實上F14上變後掠翼的相關結構非常可靠,從來不需要維修。一直到退役為止,這個相關結構都完好如新。


這是蘇-24

這是狂風

這是圖160

這是B-1B

這是F-111

所以……誰說可變後掠翼被淘汰了……
像蘇24、F14這種19噸級的大飛機,確實不需要翼下掛架。但像狂風、米格23這種小一些的就需要了。
可變後掠翼結構複雜,機械重量偏大,所以在後來戰鬥機的設計上確實不曾出現,但不能說被淘汰……更何況,對於當代戰鬥機來說,減重固然重要,但是對可變後掠翼帶來的結構增重還是可以容忍的。可變後掠翼最主要的缺陷是機體連續性不佳、對隱身性能造成損害,這才是下一代戰機所不能容忍的。
可變後掠翼十分適合低速起降和高速巡航,是艦載機設計的極佳選擇(F14),而且通過計算機控制在不同飛行姿態下的翼型變化,對飛行性能的提高十分可觀,這是固定翼做不到的。至於F14為啥退役……因為值得全力以赴的對手已經消失了,飛鳥盡良弓藏……這和可變後掠翼的關係並不大。
然而終究是衰落了,因為有一種東西叫做:矢量噴口。
可變後掠翼對低速操縱性的改善是十分明顯的,可以看《壯志凌雲》里和A4天鷹纏鬥不落下風。然而,矢量噴口這東西也是極大地提升低速操縱性能。


其實你好好想想飛機上都有啥,機翼如果可動,都有啥要跟著動就明白了
動的不單是機翼,機翼上還有油箱、各種舵面翼面、航行燈。如果機翼可動,這些部件的管路在機翼翼根處全要跟著動,牽一髮動全身。F14還偷懶,機翼上沒有掛架。米格-23機翼上有掛架,掛架要跟著一起轉好保持掛載物一直頭向前。
左右機翼要同步動,中間就必須有結構相連。好好的機身中部空間就佔了一塊(發動機、中央油箱、計算機、以及控制機構全匯到這了)。更別說機翼前後還要留出展開和收回時機翼本身還要佔用的空間


發表一下個人看法,先說可變後掠翼的優點,它可以針對不同的情況變動機翼的後掠角,這樣低速和高速時都能有很好的性能,這樣的設計目的都知道是為了提高飛機的性能。然而分析問題要結合當時的歷史,對飛機設計影響最大的是什麼?發動機!當時的發動機比美國現在的要差多了,可是飛機的設計要滿足軍方的要求,於是只能在氣動上做文章。不像現在的美國f22有著一顆強勁的心,即使採用的是普通的布局,但性能也可以稱霸地球。再說一下它的複雜性,飛機如殲10f22等大部分飛機在設計過程中都是看作剛體的,這樣進行受力,氣動分析等比較方便,然而,像「湯姆貓」這個飛機是不能看作剛體的,對他進行設計分析是複雜程度又要大好多。其次是,既然要可變後掠角,機翼會相對機身轉動,這時勢必會引起飛機的重心發生移動,重心對飛機相當重要的,雖說可以利用計算機進行飛機自動控制,但重心如果偏移過大,那飛機也只能墜機了。所以,可變後掠的機構不僅是讓機翼旋轉那麼簡單,還伴隨著機翼整體的前後移動。可以想像結構的複雜性,這樣就會降低飛機的可靠性。現在飛機發動機的性能有較大的提高,完全能夠滿足飛機對性能的需求,所以,在設計飛機是時,能滿足飛機的性能要求,為什麼還要那些結構複雜,可靠性低的哪?
註:以上僅是個人所了解的,如有不對之處,敬請指出。

以上我只是說了他的設計難處,話說回來,f14是一款性能很不錯的戰機,它的設計大膽創新,創新到實用是一條很難走的路,美國都把他做好了,不得不佩服,可見美國的強大實力,也是我們努力學習追趕的地方啊!


只是新一代的戰機都不用了而已,在轟炸機無人機中還是在用。結構是複雜一些、重量是大一些、載重是小一點……也不是不可克服

關鍵的問題在於,可變後掠翼能提供的性能,現在可以通過邊條翼、鴨翼、矢量發動機等等來實現了,還更簡單……


首先,你要先明白為什麼那幫空氣動力學專家要搞出這個「可變後掠翼」的設計。

可變後掠翼(Variable-sweep wing)是一種可隨不同飛行情況而改變掠角的設計。這樣的設計可以同時利用後掠翼在高速以及直線機翼在低速下的優點。

上面說的是這種設計的優點,以下是缺點。

這種設計卻增加了飛機的重量和增加結構複雜度。

本人沒見過擁有可變後掠翼飛機機身內部的情形,但腦補一下,負責維護的機務生活肯定特別「酸爽」。這得多少個活動部件,每個架次回來可怎麼檢查啊!萬一有一個疲勞裂紋沒發現,軍事法庭我可不太熟啊。

然後是為什麼今天沒有再使用這項技術。絕對不是淘汰,誰也不知道那幫風洞實驗室里的專家在鼓搗什麼。

1960年以後,隨著現代空氣動力學和航空發動機技術的高速發展,相當程度上解決了小型飛機兼顧高低速飛行和控制的問題,如採用幾何可變機翼(翼面擾流板、前緣機動襟翼等)、升力機身、邊條等技術手段。與高後掠角度的可變後掠機翼設計相比,不但部分解決了常規機翼低速飛行時的升力問題,也解決了高後掠角度的可變後掠機翼結構重量高、製造費用高的問題,此後,三角翼、幾何可變機翼與後掠角度小於45度的梯形翼成為設計的主流(可以參考美國ATF戰鬥機計劃的機翼設計——F-22計劃的前身),從ATF計劃至今,世界上再也沒有新的可變後掠翼戰術飛機的研發計划了。

原因很簡單,有更合適的技術出現了唄。可以理解為,本來運動能力不達標,為了跑完比賽,不得不吃興奮劑。後來,體力上去了,興奮劑也就回藥箱里躺著去了。

可變後掠翼,這種設計,就是當年給飛機吃的興奮劑。


尼瑪,大貓這麼帥,不淘汰你,別人怎麼把妹。。。。。。


結構還好,關鍵是重量和價格……
以及現在的作戰思想戰術體系的變化使得其需求下降。
同時飛行器-武器系統的其他組成部分的改進使得對此種飛行性能的需求下降……


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