[科普中国]-机翼边条

作用

机翼边条能够减轻机翼分离，自然对提高抖振边界有利。在M0.7以后，这种效果特别明显，但它同时增大抖振强度。

总之，抖振是由于气流分离引起的，这包括跨音速激波诱导分离，因此除上述的例子以外，所有能改善气流分离或者能减轻激波强度的措施，如翼刀、机翼前缘锯齿或齿口、涡流发生器等都可能推迟和减轻抖振。当然，这些措施要根据布局的具体情况去选择，才能缁到最佳的效果。一般来说，在飞机设计过程中，特别在方案设计阶段，改善抖振特性应与提 高大迎角性能一起考虑，它们的基本要求是相同的。1

边条的有利作用，一方面来自前缘涡产生的涡升力，同时边条翼与机翼的有利干扰，推迟机翼分离的发生和发展也起着重要的作用。因此希望边条涡的强度大、稳定性好。虽然，边条翼有各自不同的外形。但它类似于细长机翼，为了增加涡的强度和推迟它的破裂，需要尽可能地加大机翼的后掠角。对于直线前缘边条，其前缘后掠角最好不小于70°～75°。

当边条与机翼结合以后，边条涡的破裂还与机翼的参数和形态有关。假如机翼上有比较大的逆压梯度，会导致边条涡的提前破裂。2

影响因素边条宽度影响显然，增加边条的宽度对提高大迎角的升力有好处，主要的原因是边条面积增大。对于这种布局的飞机方案，机翼有二个最大升力，一个为边条涡在机翼后缘破裂时的升力，称之为失速升力系数；第二个为最大升力系数，此时边条涡的破裂位置已前移到靠近机翼前缘，机翼基本全部分离。加大边条宽度提高了边条涡的强度，因此使边条涡破裂和向前发展较为缓慢。

边条长度影响总的来说，加大边条长度可以提高边条大迎角的涡升力。当失速迎角小于20°时，边条长度变化对升力无明显影响，当失速迎角大于20°时对升力的影响比宽度变化更为明显。

由此可见对直线边条，增升能力取决两个因素，一个是边条面积，4个是边条的长细比或后掠角。1

边条几何外形的影响研究表明，边条并不增大升力线斜率，而只是提高大迎角时的升力，它不但提高了飞机的机动性，而且对低空突防有好处，减小突风的影响。相对于无边条的基本机翼，边条提高百分比为：边条I-24%，边条Ⅱ-54%，边条Ⅲ-99%。边条展长的增大(亦即面积的增大)对提高大迎角时的升力有明显好处。

边条也改善了大迎角范围的极曲线，扩大可使用的升力范围，减小大升力系数时的阻力，因为有边条和无边条相比，或大边条与小边条相比，机动的迎角要小得多。2

外形设计(1)设计方法。边条的外形设计有两种方法即经验方法和理论方法。

(2)边条外形对涡破裂位置的影响：

1)边条涡在机翼后缘破裂的迎角(涡破裂不影响机翼流场时迎角的大小)；

2)边条涡破裂后的发展(涡破裂在机翼上表面前移的速度)。

(3)面积变化。对三种不同面积的边条研究结果表明：面积小的边条涡的强度较低，旋涡在机翼后缘破裂的迎角也较小；而且在相同的迎角下，其破裂位置更靠前，三种边条涡的外形相似，它们的涡破裂特性基本相同。在a≈40°时，涡的破裂位置对每种边条均在边条根弦的1/3左右(从边条顶尖算起)。

(4)长细比变化。在战斗机设计时，边条展长的选择还受其他因素的影响。因此在边条相对半展长受限制时，改变边条长细比是一个办法，但改变长细比的同时也带来边条面积的变化。边条长细比减小导致旋涡在机翼后缘破裂的迎角也较小和旋涡破裂位置前移。当然这不完全是长细比的影响，还包括面积减小的影响。研究对比结果表明，边条长细比是影响边条气动性能的一个重要参数，所以长细比较大些好。

(5)外形的影响。边条外形的不同会带来旋涡强度的变化和破裂点位置的差异，试验研究的结果表明，流线形的边条对旋涡的特性有好处。

1)目前，边条翼理论设计方法尚不是一种完善的方法，用三维位流计算的边条/机翼/机身组合体大迎角特性也不够准确。可以利用理论方法给定不同参数计算出大量各种不同外形的边条，经过初步分析筛选后，选用较好的边条，再进行水洞和风洞实验，可以减小实验的工作量。

2)根据风洞实验和水洞实验的相关性研究，用水洞测出的旋涡特征参数对不同边条进行相对比较，结果是可信的。由于水洞实验更为简便，在水洞中进行筛选实验更为经济。

3)影响边条性能最主要参数是面积，其次是边条的长细比，要得到好的边条性能，首先要有一定大小的边条面积，在面积确定后要选用较大的长细比的边条。

4)可在一种面积比较大的性能较好的边条基础上，用不同的修形方法减小面积，可能在a30°的大迎角范围内主要取决于边条面积。

5)尖拱形边条比反弯形边条的性能好。2

压力分布和流态细长三角边条翼与大后掠角三角机翼的流态相似，在不大的迎角时，机翼下表面的高压气流绕过前缘流向负压的上表面引起前缘分离，分离气流在上表面形成旋涡，这是一种稳定的旋涡流动，涡的强度随迎角而增大，涡的大小随着流动向后面逐渐增大，形成一条旋涡。边条涡流经机翼表面，对机翼上表面的流动产生影响。受旋涡高速旋转气流的影响，旋涡下面的机翼表面流速增大、压力降低、升力增大。同时，强烈的旋涡也控制了机翼表面的侧向流动，增加附面层的能量，因而也有减轻机翼气流分离的作用，对增加升力和降低阻力都有好处。

在流态方面：在低速和跨、超声速时进行油流实验的表面流谱来分析边条机翼流动形态，并通过与无边条的机翼流谱对比，进一步了解边条对机翼干扰的机理。油流流谱表示贴近机翼表面的流动方向。综合压力分布和流态的分析可以看出，边条在大迎角的增升作用除了边条本身的升力以外，主要是边条涡提高机翼的吸力，增加机翼外翼区附面层的能量，缓和机翼的分离。边条涡与机翼涡的相互干扰增加了涡系的强度，推迟涡的破裂，进一步提高边条在大迎角时的增升效果。2