漫談超音速飛行的機翼設計：扭轉斜翼造型充滿想像力

飛機的奧妙就在於機翼。從萊特兄弟到現在，除了航空動力外，幾乎每一次航空技術的重大突破都離不開在機翼上作文章。機翼產生升力，機翼也是阻力最大的來源；機翼還是實現超音速飛行的奧妙所在。

機翼產生升力，機身裝載人和貨，機翼和機身連接的地方自然成為承力的集中點，翼根需要極大地加強，使結構重量增加。但機翼-機身的傳統結構至今依然是飛機的主流，最新的波音 787也不能例外

機翼產生升力源於氣流從前往後的流動，這之後到底是貝努力效應在上下翼面之間的速度差引起的壓力差造成的，還是機翼後緣的下洗氣流造成的，我們就不去追究了。但機翼產生升力，機身是「死重」，這個問題使機翼和機身的連接部受力很高，從結構上講效率不高。最好的辦法是所有的載重都在機翼內，那樣結構強度要求最低。理論上講，要是升力和重力正好抵消，紙做的飛機都可以。當然實際上這不可能，還沒有上天，重量已經把紙蒙皮壓穿了。不過這說明，沒有機身、只有機翼的飛翼的大方向正確。

諾思羅普很早就開始研究飛翼，這是 40 年代的 N9M 飛翼

今天最出名的飛翼當然非 B-2 轟炸機莫屬

沒有了傳統的機身，使 B-2相對不大的尺寸可以達到比 B-52 還大的載彈量和航程

傳統飛翼還是兩側對稱的，也就是說，機身雖然沒有了，但兩側「機翼」的後掠角還是一樣的，所以還是有後掠翼的所有問題。平直翼是升力最大的，但平直翼阻力大。後掠翼可以減少阻力，在超音速飛行時，就需要後掠角很大的大後掠翼了。

超音速飛行的挑戰在於激波。飛機的速度超過音速之後，空氣的波動傳導速度還是音速，所以飛機前端的空氣被急劇壓縮，形成錐形的鋒面。前鋒壓力急劇升高，鋒面後壓力迅速下降，空氣速度降低到亞音速。機頭引起的激波是沒有辦法的，但機翼「躲」在激波錐的後面，不激起自己的激波，就可以有效地躲開激波阻力和壓力劇變引起的顫振問題。除了大後掠翼外，短翼展機翼也可以做到「躲」在機頭激波錐的後面，但這是另外一個問題了。

X-15 的激波，可以看到，短粗的梯形機翼躲在機頭的主激波錐之後，否則機翼自己產生的激波阻力也是不得了。長一點的平直翼肯定伸到機頭激波錐外面，但大後掠翼也可以躲在機頭激波錐後面，而不導致額外阻力

大後掠翼「躲」在機頭的激波錐的前鋒後面，解決了超音速飛行的問題，但帶來了新的問題。後掠角加大後，縱向氣流在機翼展向流動的分量加大，造成升力損失。在速度降低後，機翼本來產生的升力就低，升力損失更加要命，所以大後掠翼的飛機的起落速度都很高，對機場跑道長度的要求很高。

大後掠翼的另一個問題是巡航油耗也高。機翼的相對厚度是實際厚度與機翼弦長（從前到後的距離）之比。機翼的弦長是漸變的，實際厚度也不完全一樣，所以相對厚度也是漸變的，討論只能取一個平均值，或者按慣例取 1/4 翼展的地方的值。相對厚度較高，機翼較肥厚，產生同等的升力所需要的機翼表面積小，阻力小，或者說升阻比高，這樣巡航就省油。另一方面，相對厚度低，絕對阻力就小。滑翔機的機翼細長和超音速飛機的機翼短粗就是這個道理。對於同一個機翼，寬度和厚度已經固定，但增大後掠角的話，弦長增加，相對厚度也隨之減小。

滑翔機的機翼相對厚度較高，升阻比很高，加上很大的翼展，可以靠空氣中的上升氣流飄飛很久

兩倍音速以上的 F-15 的機翼就比較短粗

變後掠翼就是要利用同一機翼在不同後掠角的不同氣動性質，達到在不同速度下都最優的效果。但變後掠翼有很多麻煩，不僅有機械上的，還有總體布置上的。變後掠翼在 60 年代時行過一陣，後來因為重量、機械可靠性和其他實際困難而消隱。今天的新一代軍民用飛機已經沒有變後掠翼設計的了。

即使退休了 F-14 依然是名氣最大的變後掠翼飛機

高速飛行時，機翼增加後掠，降低阻力

但變後掠翼的概念依然吸引人，如果能消除變後掠翼的不足，這還是一個很有生命力的概念。於是斜翼（oblique wing 或者 slanted wing）的概念粉墨登場。斜翼在低速時是平直翼，也就是說沒有後掠。隨著速度的增加，一側後掠角增加，另一側反向前掠，好像整個機翼擰過來一樣。從空氣的角度來看，這還是後掠，只是機翼只有「一邊」，沒有了「另一邊」。

AD-1 是至今唯一飛起來的載人斜翼飛機

斜翼在結構上少了變後掠翼的很多問題，比如說變後掠翼的鉸鏈位置很不好確定，但斜翼的鉸鏈位置只有一個：在中間。要是斜翼飛機根本沒有了機身，而是飛翼，就更沒有問題了。

斜翼不是沒有問題的。問題之一是起飛著陸時翼展巨大，但這是飛翼的通病，不是新問題。要是斜翼不做的很大，問題不太嚴重。另一個問題是機翼-機體的角度一直在變，飛行員座艙的角度隨著變，操作會很彆扭。不過要是斜翼飛翼用於無人機，這些就不是問題了。

美國國防先進研究局（DARPA）和諾思羅普正在研究兩種斜翼飛翼，都是無人機。一種是所謂「折刀」，在斜翼中央翼下弔掛一對發動機；另一種在斜翼的兩側中段各弔掛一個發動機。

M1.2 的時候已經達到 65 度的後掠角。通常大後掠翼飛機要在低速和高速性能之間平衡，M1.2 還不敢用這麼大的後掠角，實際上損失了一些超音速性能。斜翼就沒有這個顧慮，只要需要，後掠角還可以繼續增大，只要不是前面的發動機擋著後面的路就成

「折刀」估計還是用機械的方法扭轉斜翼，用飛控系統補償反力矩作用，維持正常飛行。另一種尚不知名的斜翼飛翼則更加巧妙，用兩台發動機的相對推力差扭轉斜翼。理論上，鉸鏈可以自由旋轉，根本不需要液壓或者別的機械作動機構產生扭轉。當然，兩台發動機的推力方向要保持平行，否則互相拉扯起來會不好辦。這可以用平行的機械連桿做到，並不複雜。

這兩種斜翼飛翼將具有很大的翼內油箱，可以在低速到超音速範圍內保持最高的氣動效率，是居家旅行殺人放火的必備利器。這兩種斜翼現在還是實驗性的，還沒有太大的實用價值，最多以後用作偵察、監視什麼的，或許還能載彈攻擊。斜翼在未來也不大可能擴展到常規的客機或者戰鬥機，貨機倒是有可能。總的來說還是比較偏門，不過是非常有意思的思路。

誰說擰著不好？要的還就是這股子擰勁！

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