流體力學應用/A02：三角翼飛機空氣動力學

對超音速空氣動力學的研究始於二戰時期，即 1940 年代。然而，這項研究僅限於傳統的機翼。然而，隨著線性理論的引入，研究開始轉向將線性理論應用於設計空氣動力學飛行器以實現單一目的——高效超音速飛行。這項研究的最初結果是確定三角形或三角形機翼平面形狀是最有可能實現超音速飛行的候選者。此外，透過使用幾何和流動關係引數，人們透過實驗發現三角翼的經驗關係可以擴充套件到其他機翼平臺，例如箭頭形和菱形機翼。

什麼是三角翼？

三角翼是一種三角形的機翼平面形狀。它以其與希臘大寫字母 delta (Δ) 形狀的相似性而得名。它與我們在商用飛機上看到的機翼不同，商用飛機的機翼是後掠翼。

零升力波阻

根據超音速線性理論，三角翼的零升力波阻 (C_D,W) 隨翼型厚度弦長比的平方 (τ²) 以及翼展比 (A) 變化，對於給定的翼型而言。

為什麼是三角翼

三角翼的主要優點是，當機身速度接近並超過跨音速到超音速速度時，如果後掠角足夠大，機翼的前緣將不會接觸到機身鼻部形成的激波邊界。後掠角大大降低了垂直於機翼前緣的氣流速度，從而使飛機能夠以高速亞音速、跨音速或超音速飛行，而機翼上方的升力氣流速度保持低於聲速。三角翼的其他一些優點是：-

• 跨音速阻力上升是逐漸的，超音速飛行的峰值阻力降低——升力分佈在更寬的弦長上

--阻力對馬赫數的敏感性大大降低
--很容易實現令人滿意的橫截面積

• 升力分量 C_L 和升力曲線斜率 C_Lα 隨馬赫數 M 值的變化是逐漸的。
• 透過增加迎角，可以實現非常高的失速角，因為在高迎角下，機翼前緣會產生一個使氣流充滿活力的渦流。
• 它允許使用重量輕、彎曲和扭轉剛度高的機翼。

--更厚的機翼可以容納更多燃料和起落架。
--完全消除顫振和副翼反轉問題。

• 由於翼載荷低，可以實現可接受的機動性和操縱性。
• 翼展小，因此不需要摺疊。
• 可用於外部存放的區域足夠大。
• 製造起來容易、簡單且相對便宜。
• 在飛機上增加鴨翼可以增加總升力，使飛機能夠執行極端機動，同時改善低速操控性和降低著陸速度

三角翼的缺點

• 無尾三角翼的著陸速度非常高，地面效能差——低升力曲線斜率需要更高的迎角。

--迎角受尾部間隙限制。
--它無法消除襟翼引起的機頭向下俯仰運動。

• 亞音速條件下的升力誘導阻力非常高。

--所需推力非常高
--在高迎角下，由於後緣控制向下載荷，升力會下降。

• 翼載荷必須低——儘管 C_Lα 低，但由於陣風響應低，L_α 高。

--高翼載荷會影響機動性

• 超音速下的機動性受到限制。

--升降舵的有效性，即後緣控制降低。--絕對氣動中心偏移量大（需要調整，可能需要改變重心）

• 在低速情況下，C_lβ 高——由於大後掠角（前緣）和高迎角，側向穩定性和方向穩定性之間的理想關係被打亂

--荷蘭滾出現加劇。
--需要低機翼和偏航阻尼器。

• 如果沒有水平尾翼，俯仰阻尼會降低。

--存在俯仰引起的振盪風險。
--需要安裝俯仰阻尼器。
--為了避免在高迎角下出現深度失速，使用了低安裝的水平尾翼。

三角翼的改進

由於三角翼的各種缺點，需要改進，這導致了複合三角翼的開發。在複合三角翼中，一個後掠角更大的三角翼被新增到主三角翼的前面。這會建立一個受控渦流，並進一步降低阻力。