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迪拜航展上,印度光辉战机的坠机事故,让“无尾三角翼”这种特殊气动设计又成为焦点。有分析认为,光辉战机的无尾三角翼设计,在低速飞行和操控稳定性等方面存在先天缺陷,而这类缺陷很可能就是导致本次事故的重要诱因。
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图:光辉战机采用了无尾三角翼设计
根据现场分析,这架战机在滚转过程中机头逐渐指向地面,飞行员虽尝试挽救但因高度过低最终失事。
无尾三角翼布局最突出的缺陷就体现在低速飞行时的操控效率不足,这一点从光辉战机在滚转过程中,机头逐渐指向地面的飞行姿态即可看出。
与传统带平尾的战机不同,无尾三角翼飞机取消了水平尾翼,俯仰与横侧操纵完全依赖机翼后缘的升降副翼,导致操纵面的尺寸受限,且力臂较短。
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图:现场截图,飞机完成滚转时,机头已指向地面
本次航展进行飞行表演的光辉战机,在进行小半径筋斗机动时处于低速状态,此时气流对操纵面的作用力减弱,本就效率偏低的襟翼更难快速调整飞行姿态。
当飞机进入滚转时,升降副翼需同时兼顾横滚控制与俯仰修正,双重负担下无法及时抑制机头下沉趋势,最终导致飞机进入不可控的俯冲轨迹。
风洞试验数据显示,无尾三角翼飞机在低速阶段的升降副翼效率比同级别,带平尾的战机低30%以上,这种缺陷在低空低速的飞行表演中被无限放大。
超大翼面积带来的重量与阻力问题,进一步加剧了无尾三角翼飞机的操控困境。为弥补无平尾设计的升力损失,无尾三角翼必须通过扩大翼面积提升升力,光辉轻型战机的翼面积达到了38.5平方米,甚至超过了F-16中型战斗机。
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图:光辉战机的翼面积确实大
同时,大面积机翼带来的摩擦阻力在低速飞行时尤为明显,为维持升力,飞机必须保持较大攻角,光辉在15度攻角时,升力系数才能满足基本飞行需求,而大攻角状态下机头上扬,会严重遮挡飞行员的下视视野,这可能是光辉坠毁前飞行员未能及时判断地面距离的重要原因。
升力作用点与重心难以匹配的问题,是无尾三角翼布局操控稳定性差的症结所在。无尾三角翼的升力等效作用点(压力中心)位置偏后,且会随攻角变化发生较大幅度移动,这给飞机重心布置带来了极高的挑战。
为改善操控性,光辉战机引入了放宽静稳定度技术,但仍无法彻底解决问题,当攻角超过20度时,压力中心后移幅度可达机身长度的12%,这导致飞机会出现强烈的抬头趋势,升降副翼需产生负升力进行配平,这又进一步抵消了机翼的升力优势。
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图:飞行员修正完成时,高度已经太低了,直接拍在地上
这种矛盾在机动飞行中更为突出,光辉战机虽能实现270度每秒的滚转速率,但滚转后的姿态恢复能力薄弱,一旦出现姿态偏差,飞行员需进行复杂的操控修正,在航展这类高强度飞行中,极易出现操作延迟。
另一个关键缺陷是翼尖气体分流引发的机翼颤动和阻力问题。无尾三角翼的翼尖区域易产生气流分离与气体分流,形成不稳定的涡流场,这种涡流会引发机翼颤振。
光辉的复合后掠角设计(内段50°、外段62.5°)虽在一定程度上抑制了颤振,但在低速大攻角状态下,翼尖颤振问题仍然显著存在。
同时,大面积机翼在持续盘旋时会产生巨大阻力,导致能量快速消耗,法国阵风战斗机作为同类布局代表,持续盘旋速率仅22度每秒,远低于歼10C的28度每秒,光辉的持续盘旋性能更弱,这意味着在狗斗场景中,它掉能量的速度更快,容易被对手压制。
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【巴基斯坦空军装备的歼-10CE战斗机】
综上所述,无尾三角翼设计虽然在高速性能上具有一定优势,但其在低速操控、阻力系数和稳定性上的缺陷不容忽视。
未来,随着航空技术进一步发展,特别是主动控制技术(ACT)与实时解耦控制技术的进一步完善,或许能够在一定程度上改善无尾三角翼先天存在的固有缺陷。
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