飞机气动布局型式探析之联翼布局.docx

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1、飞帕动布融式探析之联翼布局目录前言21 .联翼布局21. 1.简介：21.2. 联翼布局的优点： 31.3. 联翼布局的缺点： 41.4. 联翼布局技术难点：42 .常见飞机气动布局形式，苏-47很科幻42. 1.常规布局： 43. 2.变后掠翼布局54. 3.鸭式布局：55. 4.无尾布局：66. 5.三翼面布局：77. 6.平直翼：88. 7.后掠翼:89. 8.前掠翼：910. 9.无尾气动布局1011. 0.上单翼：机翼置于机身顶部1012. 1.下单翼：机翼置于机身底部1113. 12.三翼气动布局1114. 13. 飞翼气动布局1215. 14.前掠翼气动布局123 .飞机的气动布

2、局形式121. 1.按俯视图的翼面布局形式来分131. 1.1.常规布局（又叫正常布局）133. 1.2.三翼面布局142. 2.按机翼的平面形状划分153. 3.按机翼相对机身的位置划分174. 4.根据进气口相对位置来分195. 5.根据发动机数目203. 6.针对发动机短舱位置的不同223. 7.根据机身的数量区别233. 8.根据机身形状的特殊性区分241刖百想必很多人对飞机很感兴趣，因为飞机大多是很漂亮的，流线型的机身，舒展的机翼，实现了人类在蓝天翱翔的梦想。其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作，而实质却是受制于空气阻力的被动结果，从某种意义上讲，这种符合人类审美标准的流畅线条

3、其实是空气动力原理的杰作。大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。下面我们就逐一介绍一下各种气动布局，当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机，就会发现自己不会再看花眼T,其实全世界的飞机品种再多，也无非就以下这几种气动布局而已。飞机气动布局型式通常指其不同气动力承力面的安排型式。航空发展历经百余年，飞机设计师们提出了多种多样的气动布局型

4、式，每一种布局因其独特的特点，各具一定的优缺点，并随着技术进步和相关难点的突破，得到了不同程度的发展。从本期开始，将陆续分享飞机多种多样的气动布局型式，包括联翼、飞翼、鸭式、无尾、前掠翼、多机身、升力体、正常式等等，让大家能从直观上了解飞机在外形上都有什么不一样。1 .联翼布局1.1. 简介：联翼布局飞机是将带上反角的后掠前翼和带下反角的前掠后翼（或带下反角的后掠前翼和带上反角的前掠后翼）巧妙地结合连接成菱形框架结构的飞机，这种布局的俯视图和主视图外形都形成菱形。联翼布局前后翼可以直接相连，或者中间以端板相连形成盒式布局。联翼布局概念在上世纪70年代就已经提出，但到目前为止，对其丰富而复杂的机

5、理仍然缺乏理解，当前并没有实用的机型，下图展示的是设计师们对未来联翼飞机的概念方案。未来联翼加油机构想未来联翼布局客机构想1.2. 联翼布局的优点：1 .这种独特布局和结构型式的飞机，大大加强了结构的刚性，提高了扭转和弯曲刚度，因此抗扭抗弯性能好，抗坠毁和抗震能力较强。2 .联翼布局改善了整体受力条件，特别是在前、后翼的翼根处承受的弯曲力矩较小。3 .联翼布局具有直接升力和直接侧向力控制的能力，可为飞机提供独立的姿态或轨迹控制，改善飞行的响应品质。4 .跨音速面积分布好。5 .在给定翼展和重量的情况下，相比正常式布局，联翼布局有更大的有效展弦比，诱导阻力较小。直接升力、侧力控制示意1.3. 联

6、翼布局的缺点：1 .飞行阻力大，飞行速度较低；结构连接处的流动容易分离，气动部件之间的相互干扰较大。2 .联翼结构复杂，设计困难；技术干扰大，关键技术难点多。3 .联翼布局整体协调困难，特别是发动机、起落架、前后翼之间的协调。4 .对于联翼布局民机，相比于同机翼面积的正常式布局，燃油装载空间小。1.4. 联翼布局技术难点：联翼布局结构设计难度大，特别是前后翼之间的连接设计；需分析气流分离的情况、部件之间的干扰作用、发动机的安装以及减噪的问题。联翼布局常作为远航程大型运输机、空中加油机和长航时电子侦察机的热门预选方案。2 .常见飞机气动布局形式，苏-47很科幻飞机的气动布局简单来说就是指飞机的各

7、翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的。今天就主要科普一下关于飞机气动布局的一些术语解释。2. 1.常规布局：各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别，首先介绍一个最常见的布局一一常规布局。这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼，大的主机翼在前，小机翼也就是水平尾翼在后，有一个或者两个垂直尾翼。世界上绝大多数飞机属于这种气动布局，特别是客运、货运大型飞机，几乎全是这种布局，例如波音系列、欧洲的空中客车系列，我国的运七、运八、ARJ21,美国的C130等。我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外，都是常规气动布局。常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，理论研究已经非常完

8、善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。实例：枭龙战机简单来说常规布局就是讲水平尾翼和垂直尾翼放在飞机尾部。2.2. 变后掠翼布局常规布局中还有一个另类一一变后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改变，高速飞行可以加大后掠角，相当于飞鸟收起翅膀，低速飞行时减小后掠角，展开翅膀。这种布局的优势在于可以适应高速和低速时的不同要求，起降性能好，缺点是结构的复杂性严重增加了飞机重量，随着发动机技术特别是矢量推力技术的不断发展和鸭翼的应用，这种布局逐渐趋于淘汰。变后掠翼布局典型机型有前苏联的米格27、图22,美国的F14、F

9、ill、Bl,北约的狂风等。2.3. 鸭式布局：实例：歼鸭式布局相当于将两片水平尾翼移动到机头两侧，这两片前翼就叫做“鸭翼”。早期的鸭式布局飞机飞起来像只鸭子，故得此名。鸭翼的好处是可以增强机动性和产生部分升力，缺点是会牺牲战机隐身性。歼-20为了弥补发动机动力不足的问题也使用了鸭式布局，当然这也是牺牲一部分隐身性为代价的。2. 4.无尾布局：实例：印度LCA光辉战机无尾布局即没有平尾、垂尾。优点是超音速阻力小，飞机质量轻，缺点是起降性差。还有类似B-2轰炸机的飞翼布局也算是无尾布局的一种。B-2轰炸机机身机翼一体，没有出现任何尾翼或鸭翼，也算是无尾布局。2. 5.三翼面布局:实例：歼15三翼

10、面布局是在正常式布局的基础上增加一个水平前翼而构成（即前翼+机翼+平尾），因此，它综合了正常式和鸭式布局的优点，经过仔细设计，有可能得到更好的气动特性，特别是操纵和配平特性。2.6. 平直翼:实例：运-8运输机机翼无后掠或前掠角，多见于早期飞机设计02. 7.后掠翼：实例：图-22m逆火轰炸机（可变后掠翼）后掠翼就是前缘和后缘均向后掠的机翼，相比平直翼能够延迟激波到来,增大机翼临界马赫数。逆火的后掠角度是可以调整的。2.8. 前掠翼：实例：苏-47与后掠翼结构相反。前掠翼飞行器相比于传统后掠翼飞机具有结构、机动、以及可控度上几方面的优势。但由于机翼容易变形，所以并没有被广泛应用。2. 9.无尾

11、气动布局无尾布局，这种气动布局顾名思义就是没有尾巴的气动布局。这里的“尾巴”指的是水平尾翼，主翼在机尾，实际起到水平尾翼的作用。无尾布局的最大优点是高速飞行时性能优异，大家可以想象一下，无尾布局是最接近飞镖、导弹、火箭的气动布局，航天飞机采用的也是无尾布局，因为这是最适合高速飞行的布局，阻力小，结构强度大。由于没有水平尾翼，无尾布局大大减少了空气阻力，因为在常规布局中，从主翼表面流过来的气流会在水平尾翼形成阻力，同时为了平衡主翼的升力，水平尾翼其实一直充当一个“向下压”的角色，会损失掉一部分升力，所以和常规布局相比没有水平尾翼的无尾布局的空气动力效率要高很多，更适合高速飞行。无尾布局机翼承载重

12、量更合理，和机身链接结构更稳固，这就简化了机身结构，再加上去掉了水平尾翼和相关的操控系统后，机身重量可以大大降低。无尾布局的缺点是低速性能不好，这影响到飞机的低速机动性能和起降能力。另外无尾布局因为只能依靠主翼控制飞行，所以稳定性也不理想。无尾布局在欧洲应用最为普及，法国的幻影系列是典型机型。鸭式气动布局针对无尾布局的低速性能和稳定性的缺陷，后来飞机设计师们又重新搬出了莱特兄弟的世界上第一架飞机的气动布局一一鸭式布局，因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子，故此得名。鸭式布局也是主翼在后面，前面加个小机翼叫做鸭翼，所以这种气动布局其实就是无尾布局加个鸭翼，或者说是主翼缩小水平尾翼放大的常规布局

13、。有了这个鸭翼，无尾布局的缺点得到明显改善，高速飞行时更加稳定，起降距离明显缩短，甚至机动性能比常规布局更加出色。欧洲最为推崇鸭式布局，瑞典的JAS39,英法德西班牙联合研制的欧洲战斗机EU2000,法国的阵风以及以色列的幼师全部采用鸭式布局。可以说目前鸭式布局再次成为航空技术发展的趋势，俄罗斯和美国正在研制新型飞机都在使用这种布局，例如俄罗斯的S37金雕试验机和美国的QSST超音速客机。我国最新研制的歼10猛龙就属于鸭式布局，或者称为无尾鸭翼布局。2. 10.上单翼：机翼置于机身顶部实例：运-202.11. 下单翼：机翼置于机身底部实例：大部分民航客机，如波音737等2. 12.三翼气动布局

14、三翼布局，这种布局其实就是常规布局加个鸭翼，或者说鸭式布局加个水平尾翼。这种气动布局的优势是又多了一个可以控制飞机的部位，三个机翼更好的平衡分配载重，机动性能更好，对飞机的操控也更精准更灵活，可以缩短起降距离。缺点是会增加阻力，降低空气动力效率，增加操控系统复杂程度和生产成本。综合评测，常规布局增加鸭翼取得的性能改进得不偿失，所以目前只有俄罗斯苏27的改进型苏30MKI、33、34、35、37系列采用了这种气动布局。3. 13.飞翼气动布局飞翼布局，这种布局简单说就是只有飞机翅膀的布局，看上去只有机翼，没有机身，机身和机翼融为一体。无疑这种布局是空气动力效率最高的布局，因为所有机身结构都是机翼

15、，都是用于产生升力，而且最大程度低降低了阻力。空气阻力最小所以雷达波反射自然也是最小，所以飞翼布局是隐身性能最好的气动布局。飞翼布局的最大缺陷是操控性能极差，完全依赖电子传感控制机翼和发动机的矢量推力，因此飞翼布局没有得到普及，只应用于用于大型飞机，例如轰炸机、运输机，目前投入使用的只有美国的B2轰炸机。4. 14.前掠翼气动布局还有一种奇特的气动布局一一前掠翼布局，这种布局的特点是主翼前掠而不是后掠，不过虽然很早就开展了这种气动布局的研制工作，但是因为机翼前掠致命的稳定性问题导致这种技术一直只停留在研发阶段，没有得到实际应用。典型机型有俄罗斯正在研制的S37金雕试验机和美国早已停止研制的X29试验机。现在知道了如何辨别飞机的气动布局了，是不是感觉世界上的飞机不再那么