飞行器设计新技术
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飞行器设计新技术
军用飞机发展很快，从 20世纪 50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到 第四代超音速战斗机，第三第四代战机采用了一系列新技术，下面就不同的方面浅谈一下 飞行器设计中的新技术
一、气动布局技术
（一）近距耦合鸭式布局 没有水平尾翼，但在机翼（亦称主翼）前面装有水平小翼的飞机称为鸭式布局飞机。 机翼前面水平小翼称为前翼或鸭翼。
鸭式布局有以下优点：
1．前翼不受流过机翼的气流的影响，前翼操纵效率高。
2．飞机以大迎角飞行时，正常式飞机平尾的升力为负升力（向下） ，这样就减少了飞 机的总升力（有人称它为挑式飞机，即机翼升力不仅要平衡飞机的重量，而且还要克服平 尾的负升力），从而不利于飞机的起飞着陆和大迎角时的机动性能。 而鸭式飞机与此相反， 前翼在大迎角飞行时提供的是正升力，从而使飞机总升力增大（有人称它为抬式飞机，即 前翼与机翼共同平衡飞机重量） ，这样就有利于减小飞机起飞着陆速度，改善起飞着陆性 能，同时也可以提高大迎角时的机动性能。
3．鸭式飞机配平阻力小，因而续航能力好。 鸭式飞机虽有上述优点，但是由于还存在不少问题有待解决，使鸭式飞机的主要优点 （即鸭翼与机翼都产生正升力）的发挥受到很大的影响，因此在很长一段时间内，鸭式布 局使用不广泛。
针对这一问题，航空界进行了一系列的研究工作。所谓近距耦合鸭式布局飞机，就是 这方面研究的成果。
近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭 式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼， 此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面， 使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。同时，主翼表面的低 压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了 飞机的升力，也推迟了飞机的失速。近距耦合鸭式布局的研究成功，使鸭式布局在战斗机 上重新流行。
（二）边条机翼 边条机翼是一种组合机翼，它是由中等后掠角和中等展弦比的基本机翼和位于翼根前 部的大后掠角、小展弦比尖前缘的边条组成。
边条机翼的主要特点是：
1．提高了最大升力系数和抖动升力系数，因而提高了飞机的机动性能；
2．提高了临界 M 数，减小了波阻； 3．降低了超音速时的配平阻力，提高了超音速航程，同时也改善了超音速时的操纵 性。
边条机翼的雏形第一次出现在 F-5 飞机上，它的向前伸出的机翼内翼部分形成了边条 的雏形。加了这部分机翼后，机动性大大提高。随后，在 F-16、YF-17、F-18、米格-29、
苏-27等飞机上，边条有了进一步的发展，在 F-18上，边条已占总机翼面积17.5%。
（三）前掠机翼
前缘和后缘均向前伸展的机翼称为前掠机翼。 前掠机翼不仅具有后掠机翼提高临界马赫数、降低波阻的优点，还从根本上克服了翼 尖失速的缺点。因此，前掠翼飞机具有升力特性好，升阻比高，大迎角时操纵性好，比较
容易满足面积律设计要求而使波阻下降，便于采用近距耦合鸭式布局等优点。
但是前掠机翼存在着气动弹性发散问题，使前掠机翼技术多年没有得到发展。
20 世纪 70 年代以来，随着复合材料的发展，前掠机翼才开始进入实用阶段，第一架 前掠机翼验证飞机X-29 （图2-1-6）已于1984年10月在美国爱德华空军基地正式升空。 据西文杂志报道，俄罗斯苏霍伊设计局的一种前掠翼歼击机 C-37已于1997年9月底首飞。 （四） 变弯度机翼
变弯度机翼是一种有 "柔性"的前缘和后缘，翼面为连续、光滑、没有开缝或滑动接头 的机翼。该机翼的外形及弯度可根据任务需要而改变， 故亦称 "任务自适应机翼 "或"自适应
机翼 " 。
变弯度机翼在未来战斗机上应用已显重大前景。有的资料指出，应用变弯度机翼可使 飞机总重下降 10%，航程增大 15%，升限提高 25%，可用过载提高 20%。
变弯度机翼的前期技术，为空战襟翼，或称机动襟翼。该技术目前已在战斗机上得到 应用。我国歼七 E 飞机也已应用了该项技术。
机动襟翼通常由前缘襟翼和后缘襟翼两部分组成。该襟翼与普通襟翼最大的区别在于， 它不仅仅是在飞机起飞着陆时使用，还能根据飞行状态（飞行 M 数和迎角）自动偏转。以 F-5E
例，在起飞和降落时，前襟下偏 24。，后襟下偏 20。；中速机动时，前襟下偏 24。， 后襟下偏 8。；在 M 数 0.95以下的巡航状态时 ,前襟下偏 0。 ,后襟下偏 8。；超音速时前后襟
都处于0。状态（图2-1-8）。随着自动控制技术的提高，F-14和F-16等飞机上的机动襟翼，
已做到可根据 M 数和迎角自动、连续调节。
（五） 翼身融合体 过去，飞机产生升力主要靠机翼，机身不产生升力或产生很少的升力。从气动特性角
度来看，机身主要产生阻力。能否把机身也利用上，让机身也提供升力？这就是翼身融合 体的基本思想。
翼身融合体气动布局的特点是，机身与机翼光滑过渡，在飞机纵轴的最大截面处，机 身与机翼完全融合而成为机翼的一个部分。 这种布局与传统布局 （独立机翼 +机身）相比， 无论从横截面或从平面形状来看，机翼与机身之间明显的界限已经消失，很难分清机翼与 机身的交接线，亦即机翼与机身融合成为一个能够提供升力的整体。
翼身融合体的主要优点是：
1．增大了升力面，最大升力系数提高，有利于飞机机动性能的提高； 2．干扰阻力和激波阻力大大减小；
3．升阻比增大，飞机性能，特别是续航性能和机动性能改善极为明显； 4．改善了结构受力情况，降低了结构重量； 5．在翼身融合部位，有较大的机内空间可以利用；
6．大大减少机身机翼连接处的雷达波角反射，有利于飞机隐身。
由于翼身融合体具有上述优点，因此第三代战斗机中很多飞机，如 F-16、苏-27等都
采用了这种气动布局。
二、隐身技术 在现代战争中，为了提高武器系统的生存和突防能力，隐身技术成了最关键的技术之 一。隐身是用于描述 "减少目标特征信号 "的一个专用术语，飞行器的隐身主要是减缩目标 的雷达散射截面和降低发动机排气口的红外辐射等，它不仅决定了作战飞行器的生存能力， 而且还是确保战争中先敌发现、先敌攻击的重要条件。隐身技术的出现和应用对各种防空
探测系统和防空武器系统是一个严峻的挑战，也是航空和电子战领域中的一大突破。随着 隐身技术的发展，新的隐身材料以及新的隐身机理的提出更为隐身技术指出了更广阔的发 展空间。
现有的隐身技术以雷达隐身为主，以红外、光学和声波隐身为辅。
1. 雷达隐身 雷达隐身是目前隐身飞行器采取的主要措施。它通过外形设计和采用吸波材料或吸波 结构材料来大大降低飞行器的雷达散射截面积。
（1）外形隐身 飞行器的外形对飞行器的雷达散射截面积影响最大，所以隐身飞机的外形设计是隐身 的主要措施，并被证实确实有显著的效果。任何一架隐身飞行器都是一个复杂的形体，虽 然可将其分解成十多个主要的和几十个甚至上百个较小的形体，先分别计算出它们每个形 体的雷达散射截面积，再进一步得出整个飞行器的雷达散射截面积，但每个典型形体的雷 达散射截面积都随着雷达波的入射方向、波长和极化方向变化而变化，且各个小形体之间 还存在雷达波的相互干扰。所以整个飞行器的雷达散射截面积的计算过程十分复杂。
计算机技术的飞速发展，使得这种复杂的计算能够在较短时间内完成。现在美国、俄 罗斯等一些国家已能够模拟和评价各种各样的隐身外形，从而研究出和不断完善减缩雷达 散射截面积的各种方法，并建立一定的设计规范。
（2）材料隐身 雷达吸波材料的应用是实现隐身的主要技术性措施之一，也是隐身技术中研究的主要 内容。由于气动方面的限制，飞行器的许多部件无法采用外形隐身，只能在这些部件上采 用雷达吸波材料来减缩雷达散射截面积。雷达吸波材料主要有两种：涂敷型雷达吸波材料 和雷达吸波结构材料。其应用形式有：索尔慈波里屏蔽层、蜂窝和开放式网状结构、梯度 多层吸波、达伦巴奇层、电路模拟吸波、乔曼吸波和导电高分子吸波等。
2. 红外隐身 新材料飞机已经试飞成功新材料技术的发展，使新型工程塑料不断涌现，有些塑料材 料的强度已增至 3840 千克 /米 2。美国和俄罗斯等国试验用高强度塑料合金制成的飞机已 经试飞成功。例如美国的Avtek400轻型飞机，其机体的铝制部件全部用塑料材料替代。 用
新型工程塑料替代部分金属制造航空零部件，可以减轻飞机重量，生产成本低，绝缘性能 好，抗腐蚀能力要比一般的金属材料高。例如，同样强度的塑料构件的重量，可比铝合金 构件轻一半左右，用它制造相同尺寸的飞机，可降低耗油量，提高飞行的航程和航速，改 善飞机的飞行性能。
参考文献
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方绍强 .飞行器等离子体隐身技术 . 现代防御技术 ,2005,4
美国 AD 报告.The IR Missile Counter measures,AD-A286117
谢础，贾玉红 .航空航天技术概论（第二版）北京：北京航空航天大学出版社， 2008 何庆芝.飞行器[].重庆：重庆出版社， 2011
