运-20的“超临界机翼”是什么?现在就带你研究
对军事感兴趣的朋友们可能会知道,我们国家自主研制的运-20大型军用运输机已经列装部队,铺天盖地的媒体报道让我们对这个大国重器有了一定的了解。
运20军用运输机
“胖妞”是运-20的粉丝们给这个胖胖的大家伙起的昵称,但如果你知道这架大型运输机身长47米,翼展45米,高15米,可载66吨货物,可飞8000公里,你也许更愿意叫她的官方名字——鲲鹏。从“胖妞”到“鲲鹏”离不开那对媒体争相报道的“超临界机翼”。
“超临界机翼”是什么?与一般的机翼有什么区别?
简单地说,超临界机翼可以提升飞机的飞行速度,从而可以让飞机飞得更快。
普通机翼翼型截面
超临界机翼翼型截面
初中物理告诉我们,飞机机翼的升力是由于上下机翼表面空气流速的差异形成的,机翼下表面空气流速慢,压力大;机翼上表面空气流速快,压力小。这种升力的解释虽说不完全正确,但好在通俗易懂,我们就在此基础上解释超临界机翼相对于传统低速机翼的区别。
(飞机的升力是怎么产生的?请看我的文章飞机那么重,为什么能飞起来? )
波音787飞机采用的超临界机翼
类似于运20这种大型运输机,其采用的是和民航客机类似的亚音速气动布局。这就要求飞机上的任意一点的速度都必须小于当地音速。因为如果超过音速,机翼的阻力会呈指数级增加。
巡航工况下飞机各部分的阻力构成
传统机翼前缘较尖,翼面隆起程度大,气流绕过时增速也就较多,当飞机飞速达到0.8-0.9马赫时(1马赫等于音速即340米每秒),气流经过上翼面的速度就会接近或者达到音速,如果这时飞机进一步提速,机翼上表面隆起的那个最高的点就会超过音速,就会有激波产生从而增加机翼阻力,影响飞机的正常飞行。
现实中,为了提高亚音速飞机的巡航马赫数,采用特殊翼剖面(翼型)的机翼。使机翼在高亚音速时阻力急剧增大的现象推迟发生。它的翼型被称为超临界翼型。
超临界翼型
超临界翼型(supercritical airfoil)1967年由美国R.T.惠特科姆提出。其机翼前缘较为圆钝,上部平坦,下部后缘处反凹。目的是为了把机翼上表面的速度降下来。
超临界机翼
有了超临界机翼,飞机机翼产生激波的时机就会进一步推迟,飞机的巡航速度也就可以进一步地提高。有了超临界机翼的加持,普通民航客机的最大巡航速度可以达到0.9马赫左右,我们的运20“胖妞”也能成为大家眼中的鲲鹏!
采用超临界机翼的运20
当然,超临界机翼的优化设计不仅仅是简单地将上表面变平,超临界机翼多目标气动优化设计的策略和方法有很多也很复杂,需要我们的技术人员经过复杂的分析和风洞试验进行多维度的优化,因此,我们国家的大飞机产业还需要有很长的路要走,随着C919,运20等国产大飞机项目的落地,相信我们的航空工业终会站在行业顶峰傲视全球!
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