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 那些已經退流行的空力裝置
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oops
我是菜鳥

537 Posts

Posted - 08/28/2018 :  14:40:21  會員資料 Send oops a Private Message  引言回覆
60"有些一度有些相當廣泛的戰鬥機低速增升裝置

像從發動機引氣的吹氣襟翼 附面層吹除裝置 為何到今天都不見了?

還有更古老的前緣自動縫翼 現在在戰鬥機似乎也很罕見了

它們是被更新的技術替代了? 或者單純推重比高了就省了麻煩?

會問這個是因為多年前講到F-22上艦的困難 小弟第一個想到的就是上面那些做古的稼私

(搞那些完還保得住保不住匿蹤另計)

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另外還有另第一二代戰鬥機設計師頭大的氣流分離 翼尖失速

(好像不止在後掠翼 其他翼型也會)

當時都會搞一些翼刀之類的來處理 後來又改成效果更佳阻力更低的前緣開縫

以及更更好的前緣鋸齒

但現代戰鬥機幾乎看不到這些稼私了 是空力理論更完善 光靠風洞設計優化

就解決問題? 還是更好的裝置來處理?

(氣流會分離的位置上打小洞來把氣流吸走的那個?)

AaronFranklyn
新手上路

50 Posts

Posted - 08/29/2018 :  14:49:45  會員資料 Send AaronFranklyn a Private Message  引言回覆
F/A-18用過空氣翼刀 機翼開許多小孔,下面的空氣透過小孔噴上來,形成空氣晼A阻擋分離的氣流向翼根擴散 這是妳說的打小洞來把氣流吸走嗎

同洋是頭大翼尖失速,F-16搞翼尖向下扭轉(有個負迎角(攻角?),比如飛機迎角20°時候,翼尖實際上只有13°迎角,以上數字是亂講的請不要深究)

然而這兩種做法也都是老做法,在它們之後的新做法是什麼,我也想問和妳同洋的問題

Edited by - AaronFranklyn on 08/29/2018 14:52:45
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ian125
路人甲乙丙

4672 Posts

Posted - 08/29/2018 :  19:51:41  會員資料  Visit ian125's Homepage  Click to see ian125's MSN Messenger address Send ian125 a Private Message  引言回覆
蟲子主翼開洞是超級蟲才有,而且是用來解決超級蟲翼尖下垂問題
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dasha
版主

38065 Posts

Posted - 08/29/2018 :  20:35:56  會員資料 Send dasha a Private Message  引言回覆
吹氣會影響推力,而且在降落最需要升力時需要引擎開最大提供氣體,這會讓飛機落地速度偏高,而且相關管線維修很費時費工,講究省時的時代就不用了.這是1950年代末做出來的東西.
前緣自動縫翼那個是1910年代就出現的,但基本上就是靠氣壓去頂住,當氣壓低於一定程度就會被吸出來,後面要不是透過機翼扭轉解決,就是改成動力驅動隨時換角度,這種不知道幾時會掉出來的就沒人用了.
翼尖失速甚至是在萊特兄弟以前就可能有人知道的東西,雖然比較受到重視要到實際飛起來以後......到後掠翼時代變嚴重,但透過對氣動力與渦流了解加深,目前通常都不需要用特別的東西去處理,除非是主翼一路放大早超過原來設想範圍的F/A-18,才兩度考慮找方法解決,但最後就是犬齒搞定,不用別的.
翼刀出來是要阻擋氣流外洗,但後來發現外洗氣流會翻過翼刀形成渦流,那搞個凹槽或犬齒產生渦流不就結了?
吸氣那個老實說也是維修的麻煩,所以X-21曾經想替客機研究這種減阻法,但大家後來都反應高旁通渦輪扇比較令人滿意.
現在搞LErX或Canard的都會在研發就去研究這些氣流,所以通常都沒問題,問題出在機翼製作比較累,不像過去那樣簡單.

翼端扭轉這個比較複雜,二戰前的翼端扭轉只是單純應付翼端失速,比起自動縫翼要更輕一點.後掠翼出現後則是像協和的OG翼甚至F-15那樣,針對特定速度設定最佳化扭轉角度,這樣高後掠角主翼就不需要翼刀犬齒去處理外洗流,低後掠角主翼則是本來外洗流問題就沒那麼嚴重,比較小的扭轉角加上前緣襟翼就解決.
而Mirage2000則是用可動前緣襟翼,必要時內外兩側的襟翼放下角度不同,會形成犬齒,不需要這玩意就可以收起來,這就可以讓很大速度範圍的翼面氣流都保持在良好狀態.
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dasha
版主

38065 Posts

Posted - 09/03/2018 :  07:59:22  會員資料 Send dasha a Private Message  引言回覆
借這標題講個有系統的氣動力裝置設計演進好了,講完還可以丟上臉書......
比空氣重的飛行器上天一百多年,出現過各種氣動力相關設計,這些設計大致可以分成三類:

1.成為主流.
2.一度是主流或很重要,但時代過去就成為回憶,但也不排除敗部復活的可能性.
3.一直都是補救措施,出問題才會拿出來用.

1900年代確定的原則,就是要有裝東西的機身,產生升力同時控制滾轉的主翼與副翼,控制偏航的垂直尾翼,以及控制俯仰的水平尾翼,雖然水平尾翼有時可能拉到前面變成前翼,有時可能被整合入主翼內以副翼代替其功能,但這幾個設計基本上就是主流.
當時的航空發動機輸出實在太低,要飛的話,加大升力是最佳方案,但主翼大小受限於當時可用材料又不能太大,所以就出現雙翼三翼五翼九翼百翼等等設計......然後多翼面怕互相碰撞,就要追加支柱,這邊的雙翼就是直到1930年代中期為止的主流,後來被遺忘的主流,即使近年來有些客機與無人機想復活這種設計,支柱之類則是補救措施.
還有一個後來比較常用,但一次大戰就有人做的設計,前緣縫翼,一次大戰是固定式的就是了......這是更明確的補救措施.

等到一次大戰結束後,有時間投入仔細研究,確定主翼上下在一起且一樣大的話,會互相干涉,所以雙翼機前後翼面開始錯開,甚至有1.5翼,就是一大一小的設計.
另一個問題就是翼端與翼根的亂流.基本上升力的產生是源自上下壓力差,形狀比較可以因應升力需求調整的機翼,升力效率會比凸出一大堆亂七八糟東西的機身要好得多,但機身也是有上下壓力差的,從機身的角度來看,主翼根部與其他天線支架一樣是製造亂流的凸出物,而且是最大的凸出物,這造成翼根附近會有亂流.
解決方法就是用一堆流線型的平緩過渡降低這種凸出部分帶來的形狀突變問題,最誇張就會做成像F-16那樣的翼胴融合,通常來說不需要做到那麼大,因為那會明顯增加其他方面的阻力與重量,F-16等於是機身太小只好這樣塞油.
除此之外,也有設計單位選擇讓主翼與機身連接處垂直,讓翼根與機身連接處上下方對稱,也就是中翼設計,減低高翼或低翼的上下不對稱帶來的壓力差問題,省掉連接處的減阻構型重量與阻力,而高翼或低翼也要與機身垂直連結的話,就會變成鷗翼與逆鷗翼.米高揚設計局在噴射時代特別喜歡這種中翼設計,從MiG-15用到MiG-21.
翼端就比較複雜,這部分渦流的成因是機翼上下有壓力差才會形成升力,在主翼內側的話,氣體只能在主翼後方重新結合,可是翼端沒有東西擋住氣體,所以氣流可以從翼端往外翻上去,這造成翼端氣流不是從正面流向主翼,而是加上一部分從下方往上流向主翼的分量,也就是翼端攻角比較高,比較容易失速.
這一段有興趣可以自己想想,因為展弦比高的機翼升力係數比較高,以及講飛機翼展翼面積大多算上藏在機身內的濕翼面積,還有翼前緣延伸(LErX)多數不算在翼面積內,都與這個外洗氣流的效應有關.
解決外洗氣流造成翼端失速的方法,Bf109E型與以前用的是自動放下式縫翼,其他很多飛機則測試漸縮翼,但是單純漸縮翼會變成翼根先失速,最後找到的最佳曲線就是噴火那種橢圓翼,只是橢圓翼製造非常費時,噴火那個機翼的工時等於Me109或P-51整架飛機的三倍,與零戰整架飛機差不多,所以採用者不多.採用比較多的,就是扭轉翼,翼端稍微向下扭轉,這個扭轉翼現在已經變成主流,要找出沒這個設計的飛機很難,以至於大部分人都不會拿這個當宣傳.
有些客機則是用上翼端帆,阻擋氣流上翻,但這種設計對需要高G飛行的飛機很麻煩,會帶來很明顯的結構負荷,所以在戰鬥機上都僅限於研究案,沒有實作.

進入噴射與後掠翼時代,複雜度進一步增高,首先就是後掠翼本身,直翼只有翼端氣流可以往側外上方翻,後掠翼前緣任何一段都可以往外側翻,後掠角越大就越容易翻,所謂外洗氣流,你也可以當成大規模的翼端渦流,沒搞好就是極端惡化翼尖失速的問題.
剛開始補救性的處理法,F-86是強化翼端結構與前緣縫翼,MiG-15就是翼刀,直接擋住外洗流;稍晚發現不需要翼刀這樣顯目的東西,切個縫在縫那邊產生渦流,改變主翼後掠角讓外洗流在後掠角改變處改變,讓主翼前緣突出一塊下扭加上犬齒,甚至加上一堆小小片的渦流產生器,都可以達到類似翼刀的效果,所以翼刀就又開始減少使用,最近比較容易聽到的,就是F/A-18研發過程兩度發現30度攻角控制問題時,翼刀犬齒切縫這些通通被提出,補救用的技術.
這類後掠翼的問題在前掠翼也會有,不過是氣流改成內洗而已,通常說前掠翼比較好是因為前掠角基於結構需求會比後掠角小一點,所以在次音速穿音速比較好,但超音速還是差.X-31測試時用前翼三角翼,除了配合德國的EFA相關研究外,其實X-29後期也是在研究高攻角飛行,X-31去強調X-29比較弱的超音速方面,有他的意義.
另一個補救用的技術就是機腹小翅,這個是超音速需要大面積垂直尾翼維持穩定時,與其只一昧加大上方垂直尾翼,不如下方也加一個,兩個小翼面結構上比一個大翼面要簡單,不過也有倒過來的,F-15早期設計有小型腹翅,後來發現放大的尾翅比較好用,就放棄腹翅了.
基本上這類補救設計大部分都是出包才用的,一開始設計就有足夠風洞與電腦模擬資料的話,在主翼尾翼設計階段就把該準備的翼剖面或前緣縫翼準備好,就都不需要.另外有一些如空戰襟翼或前緣襟翼則是標準化設計,只剩少數例外如F-15或MiG-25/31沒裝,所以現在不會去強調其存在,因為基本裝備沒有強調價值......
前緣延伸與1980年代的前翼設計,強調的就是把這種翼端渦流轉用在高攻角升力產生,但這種設計也有另一個問題,那就是大到一個階段以上,高攻角產生的升力可怕得要死,很容易讓你機首壓不下來,YF-17,F/A-18,還有Su-27/30/33/35/37都有這種眼鏡蛇問題,因此現在的做法傾向於其他種渦流產生方式,比方F-22/35這樣的機身邊緣突起產生渦流,或者是僅限於研究的渦流襟翼之類.
前翼因為可以自己上打下打,在高攻角升力產生上比較不會有前緣延伸那種問題,但是驅動馬達裝在哪邊是個麻煩,不能插在雷達或駕駛員肚子內,選擇很少......
當然還有一個很早就想到的解決法,需要減低高速阻力的時候讓機翼後掠,需要高升力的時候機翼拉直,那就是VG翼,但這玩意要能在高G下運作,需要很強的結構,目前多數VG翼機都只能在低G下調整主翼後掠角,並讓主翼的控制面產生效用,只有F-14與Tornado能在比較高G的狀況下調整主翼後掠角,這讓這玩意空戰效果有限,即使短場起降效果比前緣延伸或前掠翼更好,但空戰需求就讓這玩意離開主流地位.

最後一個是主翼通氣之類的東西,不管是引擎氣流導上主翼,還是翼面去吸氣流,那個問題都是相關管道的整備,吸氣流的需要很大塊去放氣,噴氣流的甚至還要注意高溫侵蝕之類問題,有高推力引擎加上高攻角控制相關技術後,戰鬥機上就沒有太大必要了,畢竟前緣延伸或前翼不只是起降有用,空戰也能用,其他一堆高升力設計中,VG翼的空戰應用不是很好,翼面噴氣根本不能在空戰中用;運輸機則是直接引擎氣流去噴主翼與後緣襟翼就好,何必再拉額外管道通過整個主翼?

Edited by - dasha on 09/03/2018 08:34:44
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