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军工科普


上图:民用客机驾驶杆上的配平轮。 资料照片
上图:采用翼梢小翼设计的C-17运输机。 资料照片

配平轮——

战机飞行的“增稳器”

战机飞行速度变化时,重心会发生偏移,像跷跷板一样,出现抬头或者低头现象,需要调整舵面恢复重心平衡。这一过程,配平轮起到关键作用。

配平轮是稳定战机平衡的滚轮。为方便飞行员操纵战机,往往设在驾驶舱油门杆附近位置,通过钢索联动水平安定面,前后旋转会带动舵面调整片偏转,像增减砝码一样抵消战机重心变化。

战机起飞前,大都处于满油状态,燃油油箱的重心与战机重心重合。而在飞行过程中,随着燃油不断消耗,油箱重心改变会造成战机偏航,而偏航产生的低头力矩或抬头力矩也会让操纵杆变得“沉重”。

为了及时消除因重心变化给飞行带来影响,航空设计师研发出配平轮,将舵面的平衡位置随重心而改变,从而保持战机迎角稳定,消除操纵杆上的作用力。

此外,战机在执行投弹任务或大机动动作时,重心会在瞬间发生大幅偏移,飞行员无法快速调整配平轮,失衡的杆力难以恢复,进一步增加了飞行员操纵战机的难度。

为此,设计师在操纵杆上安装了配平电门,在配平系统控制下,自动调整水平安定面的迎角。一旦战机配平到可以松杆飞行的状态,那么飞行员可以集中精力完成作战任务,缓解飞行员的操纵压力。

不过,战机在做大坡度转弯、频繁调节油门、投送空投等复杂任务时,配平轮自动调节仍存在延时效应,需要飞行员手动操纵。如何提升配平轮智能快速响应能力,当前依然是各国设计师亟须解决的难题。

翼梢小翼——

大飞机上的“小风帆”

细心观察,你会发现,在一些大型运输机机翼尖端,有一对向上弯曲的“小风帆”,因体积较小,通常被称为“翼梢小翼”。

“小风帆”虽然不起眼,功能却很强大。和舰船上的风帆一样,翼梢小翼也是通过改变气流实现对战机助力。那么,翼梢小翼的功能究竟有哪些呢?

一是减小阻力。对于飞行速度较快的战机,机翼下翼面的高压气流会绕过翼梢流向上翼面,形成强烈的旋涡气流,使战机诱导阻力大大增加。战机安装翼梢小翼后,它会在气流交汇处产生与主翼相反的旋涡气流,显著减少诱导阻力。

二是增加升力。机动性是衡量一架战机性能的重要标准,而升力对战机机动性起到关键作用。额外延伸出的翼梢小翼,如同鸟类翅膀尖部的小翅一样,扩展了战机的有效翼展,提升了展弦比,可以带来额外升力。此外,翼梢小翼产生的旋涡气流,具备垂直向上力,帮助战机更好御风而起。

三是降低油耗。通过安装翼梢小翼,可以削弱机翼气压差所引起的涡流强度,达到增升减阻效果,最多可降低4%的油耗,使战机拥有更远航程和更大载弹量。

值得关注的是,竖起的“小风帆”会影响战机抗大侧风的能力,以及降低转弯性能,这也是为何有的战机不配备翼梢小翼的原因。

当前,航空设计师在翼梢小翼的基础上,改进研发出斜削翼梢。这种新型“小风帆”可以减阻、增升、降低油耗,并有效削弱侧风干扰,成为未来大型军用飞机发展的新趋势。

(齐呈荣、姜子晗、赵镜然)

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