超臨界機(jī)翼是一種特殊翼剖面（翼型）的機(jī)翼。采用這種翼型設(shè)計(jì)的固定翼飛機(jī)可大幅改善在跨音速范圍內(nèi)的氣動(dòng)性能，降低阻力并提高姿態(tài)可控性。
簡(jiǎn)介
超臨界機(jī)翼采用特殊翼剖面（翼型）的機(jī)翼。它能提高機(jī)翼的臨界馬赫，使機(jī)翼在高亞音速時(shí)阻力急劇增大的現(xiàn)象推遲發(fā)生。它的翼型被稱為超臨界翼型，由美國R.T.惠特科姆于?1967年首先提出。其形狀特征是前緣較普通翼型鈍圓，上表面平坦，下表面接近后緣處有反凹(見圖)，后緣薄，而且向下彎曲。氣流繞過普通翼型前緣時(shí)速度增加較多(前緣越尖，迎角越大，增加越多），在翼型上表面流速繼續(xù)增加。翼型厚度越大，上表面越向上隆起，速度增加也越多。飛行速度足夠高時(shí)(相當(dāng)馬赫數(shù)0.85～0.9),翼型上表面的局部流速可達(dá)到音速。這時(shí)的飛行馬赫稱為臨界馬赫數(shù)。飛行速度再增加，上表面便會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的激波，引起氣流分離，使機(jī)翼阻力急劇增加。為了保持飛機(jī)飛行的經(jīng)濟(jì)性，飛行馬赫數(shù)不宜超過臨界馬赫數(shù)。想要提高飛行速度就要設(shè)法提高機(jī)翼臨界馬赫數(shù)。減小機(jī)翼厚度或采用后掠機(jī)翼（見后掠翼飛機(jī)）可以提高臨界馬赫數(shù)，但是這樣會(huì)增加機(jī)翼重量。采用超臨界機(jī)翼可提高臨界馬赫數(shù)，同時(shí)不必付出增加機(jī)翼重量的代價(jià)。超臨界翼型的前緣鈍圓，氣流繞流時(shí)速度增加較少，平坦的上表面又使局部流速變化不大。這樣，只有在飛行馬赫較高時(shí)，上表面局部氣流才達(dá)到音速，即其臨界馬赫數(shù)較高。其上表面大部分區(qū)域保持著超音速流，當(dāng)超過臨界馬赫數(shù)后，局部氣流速度的增長(zhǎng)較慢，形成的激波較弱，阻力增加也較緩慢。超臨界機(jī)翼還可用于減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。如果帶后掠翼的高亞音速飛機(jī)改用超臨界機(jī)翼，在保持飛行速度不變的情況下，可以在機(jī)翼厚度不變時(shí)改用平直機(jī)翼，這樣就可減輕機(jī)翼重量，同時(shí)改善機(jī)翼的低速氣動(dòng)特性。如維持后掠角不變而采用厚機(jī)翼，同樣可降低機(jī)翼重量，還可增加機(jī)翼內(nèi)的容積，用以放置燃油或其他設(shè)備。超臨界機(jī)翼由于前緣鈍圓，低速和跨音速的升力特性比較好，有可能應(yīng)用在超音速飛機(jī)上。
技術(shù)特點(diǎn)
大型飛機(jī)采用超臨界機(jī)翼，并具有尺度大、飛行雷諾數(shù)高等特點(diǎn)，其研制中必須解決好高升阻比機(jī)翼、翼身組合體設(shè)計(jì)，推進(jìn)系統(tǒng)/機(jī)體一體化設(shè)計(jì)，抖振特性、靜氣動(dòng)彈性特性預(yù)測(cè)及超臨界機(jī)翼流動(dòng)控制等高速氣動(dòng)力問題。
設(shè)計(jì)思路
以Takanashi提出的三維機(jī)翼設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)?,研究與發(fā)展了一個(gè)基于歐拉方程和“正?反迭代、余量修正原理”的機(jī)翼設(shè)計(jì)方法。用改進(jìn)的無限插值方法生成繞機(jī)翼的O?O貼體網(wǎng)格?,采用三維歐拉方程作為流動(dòng)分析計(jì)算的基本方程?,該設(shè)計(jì)方法已用于某無人機(jī)機(jī)翼和一個(gè)超臨界機(jī)翼設(shè)計(jì)?,設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
研究對(duì)象
以升力系數(shù)脈動(dòng)量急劇增加的起始點(diǎn)定為抖振邊界，并以DFVLR-R2超臨界二元機(jī)翼和NACA0012傳統(tǒng)二元機(jī)翼作為研究對(duì)象，詳細(xì)地研究了這兩類二元機(jī)翼的抖振特性
可行性
針對(duì)Lockheed-AFOSR?Wing?B的亞臨界和超臨界算例結(jié)果表明，厚度的非線性分布和負(fù)的扭角會(huì)改善機(jī)翼流場(chǎng)的流動(dòng)狀態(tài)，使機(jī)翼的升阻比得到提高，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是可行的.
應(yīng)用
中國運(yùn)-20是一款大型寬體軍用運(yùn)輸機(jī)，由4個(gè)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。采用的是臨界上單翼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)上資料顯示；運(yùn)-20機(jī)組人員由3人組成，飛機(jī)采用傳統(tǒng)布局，三點(diǎn)式起落架，前起落架兩個(gè)輪，可90度偏轉(zhuǎn)。最大載重量66噸，機(jī)身長(zhǎng)47米，翼展45米，高15米，最大起飛重量220噸。身全球十大運(yùn)力最強(qiáng)運(yùn)輸機(jī)之列。
與C17相比，盡管在運(yùn)載能力上有十幾噸的差別，但是同樣可以投送大型的裝備，像C17的話，投送M1-A1，或者M1A2主戰(zhàn)坦克這種大型坦克，最大的重量在60噸上下，我們的戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)也可以投送陸軍最先進(jìn)的三代的主攻坦克，這個(gè)能力也是具備的，所以這個(gè)能力是不相上下的。像伊爾-76運(yùn)輸機(jī)的話就差了20噸，這個(gè)就有代差了。另外從航電水平來看的話，我們比伊爾76，甚至重點(diǎn)發(fā)展的伊爾476的發(fā)展來看的話，我們有更大的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)-20與此前研發(fā)的國外運(yùn)輸機(jī)相比，有后發(fā)的優(yōu)勢(shì)，我研制的晚，我可以把更新的技術(shù)運(yùn)用這里面，一個(gè)好的軍用大型運(yùn)輸機(jī)，要求是拉得多、跑得遠(yuǎn)、而且能在短跑道、土跑道等惡劣條件下起降。運(yùn)20顯著的特點(diǎn)是比伊爾76的機(jī)艙變粗了，這意味著它的裝載能力和轉(zhuǎn)載適應(yīng)性將會(huì)更強(qiáng)。
參考資料 >