形形色色的机翼（二）[28P]斜翼意外地解决了变后掠翼的难题，但斜翼更能体现优越性的地方是飞翼。传统飞机的机翼和机身是分开的，机翼产生升力，机身装载人员和货物。但机身不产生升力，是“死重”，这个问题使翼根的受力很高，从结构上讲效率不高。最好的办法是所有的载重都在机翼内，那样结构强度要求最低。从理论上讲，要是在机翼上每一点升力和重力都正好抵消，用纸做飞机都可以，最大限度地降低结构重量。当然这在实际上这不可能，还没有上天，重量已经把纸蒙皮压穿了。不过这说明，没有机身、只有机翼的飞翼的大方向正确。 用可以转动的发动机将斜翼、飞翼、变后掠翼结合起来，可以充分发挥三者的优点，而且取消斜翼与机身连接的变后掠的铰链。当然，这样的飞机的飞行控制会很有挑战性。飞翼本身就有气动控制面的作用力臂短的问题，对飞行稳定性不利。斜翼在斜掠角较小的时候也有这样的问题。在斜掠角较大的时候，斜翼两侧的襟翼、副翼不对称，对飞控的挑战也比较大。另外，有人驾驶的斜翼飞翼除非座舱像发动机一样随斜翼的斜掠角而偏转，否则飞行员和旅客总有很多角度要侧对着飞行方向，很是别扭。
翼尖的气流要产生绕流，导致升力损失
英国“喷火”战斗机那著名的椭圆形机翼就是按照减少翼尖绕流和最优升力分布设计的
更加极端的当然就是飞碟，这是加拿大 Avrocar，这是为美国空军设计的，所以是美国空军涂装
不用椭圆形机翼或者飞碟的话，翼梢小翼可以有效地降低翼尖绕流的影响
翼梢小翼不光有向上翻的，还可以向下垂，这是 A320 的小翼 平直翼、后掠翼、前掠翼、斜翼，这些都是直边缘的机翼形状。机翼的一个大问题是翼尖绕流。由于机翼靠下翼面压力高于上翼面压力产生升力，翼尖作为机翼的尽头，下翼面的高压气流可以侧向绕过翼尖，向上翼面卷过来。这个“漏气”的通道不仅造成升力损失，还形成拖在飞机后面的涡流。如果不产生推力，飞机传递到空气中的一切能量都形成阻力，翼尖涡流就是飞行阻力的一个很重要的部分。合理设计升力分布，使靠近翼尖的地方较少产生升力，翼尖绕流产生的阻力就自然减小，椭圆形机翼就是这么一个思路，二战中英国“喷火”式战斗机那著名的椭圆形机翼就是这么来的。椭圆翼的一个自然延伸就是圆形翼。圆形翼不仅使升力产生的部位向翼根集中，还更加符合面积律，尤其是在没有机身的圆形飞翼的情况下。这种飞盘不仅在理论上适合从悬停到超声速的所有速度范围，还是科幻人士的最爱，是飞机设计中难以释怀的一个理想设计，不过飞行控制的问题比较难解决，不仅控制力臂很短，发动机、喷口、控制面的设计都要重新考虑。 解决翼尖绕流的另一个方法是用翼梢小翼，这是竖立在翼尖的垂直小翼，直接阻止翼尖绕流。在气动上，翼梢小翼相当于延长了有效翼展，增加了升力。设计得当的话，翼梢小翼可以达到超过实际“翼展”的有效翼展，但翼梢小翼也增加了阻力和重量，还带来了翼面转接处的气动干扰阻力。翼梢小翼可以同时往上下延伸，也可以只往上延伸，两者之间的选取自然是增升和减重、减阻之间的权衡。在老设计挖潜的情况下，或者在翼展受到机场条件限制情况下，翼梢小翼是很有效的作法。但全新设计机翼时，增加翼展常常更加简洁有效。
翼梢小翼也是有翼尖绕流的，把小翼顶端折起来，就形成了 C 形翼
这是 C 形翼客机的想象图
把 C 形翼的顶端连接起来，就成为矩形翼，这已经有点回归双翼的意思了
矩形翼的上下翼还可以一个前掠，一个后掠，这就是所谓的搭接翼了，也可以称为菱形翼
搭接翼的组合就多了，可以搭接到垂尾顶端 也可以在机身上搭接。用于运输机，可以同时兼顾上单翼翼下净空大，简易跑道起飞着陆是发动机不易吸进沙土的好处，也有下单翼起落架短、横距宽大的好处 还可以从机翼中段搭接 甚至搭接了翼梢小翼 如果把 C 形翼向内的水平延伸部分连接起来，就形成了闭合的矩形翼。从某种意义上说，这就是把早年的双翼在翼尖处用端板连接起来。即使不算端板相当于翼梢小翼的增升作用，双翼的翼面积比单翼大一倍，自然提供更大的升力。但上下翼面在机身和两翼翼尖三点连接，在受力上比悬臂的单翼和双翼更加有利，减少了为加强结构所带来的重量，所以重量上最后的增加并不成倍。但阻力增加了，不仅由于增大的迎风阻力和湿面积带来的磨擦阻力，还有繁多的气动面之间的交互阻力。 矩形翼的上下机翼可以是同样的平面形状，也可以有所不同，其中一个比较有意思的特例是所谓搭接翼。搭接翼的下机翼是安装在机身上的常规的后掠翼，上机翼是安装在垂尾顶上、带较大下反（也就是倒 V 形）的前掠翼，翼梢小翼取消，上下机翼在翼尖直接搭接，或者在下机翼的翼展一半的中部某处搭接。搭接翼的上机翼也产生升力，并具有前掠翼的一切好处，但还有一些额外的好处。由于上机翼的翼尖和下机翼搭接，翼尖的气动弹性发散不再成为问题，大大简化了前掠的上机翼的设计和制造；后掠翼翼根不仅承受向上的升力，还承受向后的阻力，搭接的上机翼正好顶住下机翼，使受力情况大大改善，有利于减重。另外，上机翼和下机翼搭接后，全机在纵向上总的横截面积分布更加平顺，而没有后掠翼翼尖之后出现截面积剧减的不连续，还有利于降低跨声速阻力。波音曾经提议过采用搭接翼的新型预警机的设计，在前掠和后掠的四个机翼结构里分别安装相控阵雷达天线，分别向侧前、侧后凝视，既消除机背圆盘天线由于机身、机翼引起的盲点，又不增加阻力。搭接翼还是增升还是减阻、减重之间权衡的老问题。有意思的是，上机翼在翼尖和下机翼搭接的话，自然形成翼梢小翼，降低翼尖绕流，但上机翼的重量和阻力较大；上机翼在下机翼中部搭接的话，没有了翼梢小翼的作用，但重量和阻力相抵，常常得大于失。 但机翼也可以是环形的，这是法国 C-450 研究机 这个角度可以清楚地看到环形翼 这东西不是空想，真有这东西的 C-450 成功地飞起来过 这是航空史上一架惊世骇俗的怪飞机，有很大的潜力，也有太多的问题 地面停放和上下飞机很麻烦 要是机体不放在环形的圆心，要损失一些环形翼的优点，但也避免了很多实用中的问题，这是环形翼客机的构想 这是洛克希德的环形翼客机的概念，把垂尾、环形翼、搭接翼的概念都融合到一起了 矩形翼和环形翼之间当然就是椭圆形翼 椭圆形翼也可以用于客机 翼梢小翼、C 形翼、矩形翼、搭接翼都已经超出了传统的平面翼范畴，古老的双翼（还有三翼）也是一样，不过最特别的非平面翼或许是环形翼。环形翼像一个短粗的空心筒子，上下圆弧部分产生升力，左右圆弧部分阻隔翼尖绕流，并提供方向稳定性。环形翼不存在横滚稳定性的问题，但环形翼最大的特别之处在于转弯。常规平面翼的飞机需要先横滚到一定的角度，然后拉高迎角，通过斜向升力的向心水平分量实现转弯。环形翼不需要横滚，可以直接指向所需要的迎角，实现转弯。这不光是操作习惯上的一个改变，也省却了横滚的步骤，在理论上可以提高机动性。另外一个特别的是，平面翼飞机需要急转弯时，需要拉很大的横滚角，并增大迎角以补偿升力损失。环形翼不管怎么转弯，在横向指向的同时，一方面产生斜向升力的向心水平分量力用于转弯，另一方面上下的圆弧段依然在提供升力，不会因为平面翼飞机在急转弯时机翼几乎侧立而导致严重升力损失和失速的问题，也就是说，可以放心大胆地急转弯，增加机动性的容限。但环形翼的翼展不容易增加，否则将成为大而无当的巨大圆筒，在设计和制造上带来很多陌生的问题；水平起落时起落架的设计也很困难，人员和货物的装卸困难就不提了，不过机身不在环形翼的圆心，而在圆弧的底部，可以避免很多这样的问题。在环形翼和矩形翼之间，当然可以有椭圆环翼，其特点也介于环形翼和矩形翼之间。 机翼可以一上一下，也就可以一前一后，这就是串列翼 前下后上的串列翼可以避开下洗气流的影响，最大限度地避免两个机翼的交互作用 前上后下的串列翼可以用前机翼的下洗气流加强后机翼的升力，两个做法各有优劣 串列翼最重要的特点是前后机翼都产生升力，这是与鸭翼最大的不同 鲁坦的“海神之子”超长航时飞机也是串列翼 双翼有两个翼面，但这两个翼面既可以一上一下，也可以一前一后，也就是串列翼。串列翼可以看作极大加大的鸭翼，但鸭翼主要用于产生配平和俯仰控制力矩，而串列翼的前翼主要是用于产生升力的。串列翼通常在上下方向也错开一点，通常是前翼下置，后翼上置，这样前翼的下洗气流不至于对后翼造成不利影响。但如果设计得当的话，也可以有意识地利用前翼的下洗气流为后机翼上表面的气流加速，增强后翼的升力，这样的话，前翼就要上置，而后翼下置。和上下的双翼相比，串列翼的两个机翼大小、形状都比较自由，前后间距也比较自由，既可以拉开，使两个机翼之间的不利气动干扰也减小，也可以拉近，有意识地利用增升效应。最主要的是，串列翼像抬轿子一样，一前一后产生升力，而重心居于两者之间，很容易在产生升力的同时维持飞机的平衡，避免了配平阻力。相比之下，双翼机或者常规的单翼机都像骑独轮车，重心和升力中心之间的相对位置必须小心控制。串列翼的缺点也是重量和湿面积引起的阻力，但在低速飞机上这个问题不大，鲁坦的巡航时间达 18 小时的超长航时“海神之子”（也称“普罗提乌斯”）飞机就是串列翼的。 |
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