流体力学应用/A02：三角翼飞机空气动力学

对超音速空气动力学的研究始于二战时期，即 1940 年代。然而，这项研究仅限于传统的机翼。然而，随着线性理论的引入，研究开始转向将线性理论应用于设计空气动力学飞行器以实现单一目的——高效超音速飞行。这项研究的最初结果是确定三角形或三角形机翼平面形状是最有可能实现超音速飞行的候选者。此外，通过使用几何和流动关系参数，人们通过实验发现三角翼的经验关系可以扩展到其他机翼平台，例如箭头形和菱形机翼。

什么是三角翼？

三角翼是一种三角形的机翼平面形状。它以其与希腊大写字母 delta (Δ) 形状的相似性而得名。它与我们在商用飞机上看到的机翼不同，商用飞机的机翼是后掠翼。

零升力波阻

根据超音速线性理论，三角翼的零升力波阻 (C_D,W) 随翼型厚度弦长比的平方 (τ²) 以及翼展比 (A) 变化，对于给定的翼型而言。

为什么是三角翼

三角翼的主要优点是，当机身速度接近并超过跨音速到超音速速度时，如果后掠角足够大，机翼的前缘将不会接触到机身鼻部形成的激波边界。后掠角大大降低了垂直于机翼前缘的气流速度，从而使飞机能够以高速亚音速、跨音速或超音速飞行，而机翼上方的升力气流速度保持低于声速。三角翼的其他一些优点是：-

跨音速阻力上升是逐渐的，超音速飞行的峰值阻力降低——升力分布在更宽的弦长上

--阻力对马赫数的敏感性大大降低
--很容易实现令人满意的横截面积

升力分量 C_L 和升力曲线斜率 C_Lα 随马赫数 M 值的变化是逐渐的。
通过增加迎角，可以实现非常高的失速角，因为在高迎角下，机翼前缘会产生一个使气流充满活力的涡流。
它允许使用重量轻、弯曲和扭转刚度高的机翼。

--更厚的机翼可以容纳更多燃料和起落架。
--完全消除颤振和副翼反转问题。

由于翼载荷低，可以实现可接受的机动性和操纵性。
翼展小，因此不需要折叠。
可用于外部存放的区域足够大。
制造起来容易、简单且相对便宜。
在飞机上增加鸭翼可以增加总升力，使飞机能够执行极端机动，同时改善低速操控性和降低着陆速度

三角翼的缺点

无尾三角翼的着陆速度非常高，地面性能差——低升力曲线斜率需要更高的迎角。

--迎角受尾部间隙限制。
--它无法消除襟翼引起的机头向下俯仰运动。

亚音速条件下的升力诱导阻力非常高。

--所需推力非常高
--在高迎角下，由于后缘控制向下载荷，升力会下降。

翼载荷必须低——尽管 C_Lα 低，但由于阵风响应低，L_α 高。

--高翼载荷会影响机动性

超音速下的机动性受到限制。

--升降舵的有效性，即后缘控制降低。--绝对气动中心偏移量大（需要调整，可能需要改变重心）

在低速情况下，C_lβ 高——由于大后掠角（前缘）和高迎角，侧向稳定性和方向稳定性之间的理想关系被打乱

--荷兰滚出现加剧。
--需要低机翼和偏航阻尼器。

如果没有水平尾翼，俯仰阻尼会降低。

--存在俯仰引起的振荡风险。
--需要安装俯仰阻尼器。
--为了避免在高迎角下出现深度失速，使用了低安装的水平尾翼。

三角翼的改进

由于三角翼的各种缺点，需要改进，这导致了复合三角翼的开发。在复合三角翼中，一个后掠角更大的三角翼被添加到主三角翼的前面。这会创建一个受控涡流，并进一步降低阻力。

特点