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上期回顾：科普干货之飞机机翼究竟有多少种翼型(1)

变后掠翼 因为大后掠翼、三角翼、梯形翼的起飞、着陆速度和机动性都不及平直翼，但平直翼的高速飞行阻力太大，那通过机械手段，使机翼的后掠角可以在飞行中按需要随意改变，岂不两全其美？这就是变后掠翼的由来。

变后掠翼的概念看似简单，实现起来问题一大堆。首先有飞行稳定性的问题。随着机翼后掠角的增加，升力中心逐步后移，很快就有升力中心远离重心的问题，即使超级巨大的平尾能压住，也将带来巨大的阻力，得不偿失。为了减小升力中心的移动，变后掠翼只能一分两段，铰链设置在固定的内段外侧，而活动的外段减小，牺牲变后掠翼的效果来简化工程设计。

苏-17 为了最大限度地减小飞行稳定性问题，活动段只占翼展的一半；F-14 的活动段比例大一点，但依然有一个很大的固定段。变后掠翼还有很多具体问题：翼下起落架不容易找地方生根，活动段内无法设计翼内油箱使总的翼内油箱空间大减，翼下武器挂架需要随活动段同步转动才能保持挂载的武器指向前方，加上变后掠翼固有的机械问题，变后掠翼最后会变的很重，极大地抵消了变后掠翼的气动优势。

在 60-70 年代昙花一现之后，变后掠翼现在很少采用了，1981 年首飞的图-160 是最后一种新投产的变后掠翼飞机。

对于前掠翼 大后掠翼和三角翼通过后掠角减阻，但空气其实只对这个斜掠的角度感兴趣，对机翼是后掠还是前掠是不在乎的。那前掠翼有什么好处呢？前掠翼上气流的展向流动是向内的，机体将最终自然阻止展向流动，提高机翼产生升力的效率。

更重要的是，前掠翼极大地推迟了翼尖失速的问题。空气是有粘性的，这个粘性在机翼表面形成一个边界层（也称附面层），在边界层内气流呆滞，产生升力的效果受到损失。在大迎角飞行时，气流沿后掠翼的展向流动，导致边界层向翼尖堆积，造成翼尖首先失速，引起升力中心向翼根方向移动，造成机头进一步上扬，最终导致整个机翼失速。

前掠翼则不同，翼尖处于“干净”的气流中，边界层堆积发生在翼根，升力损失小，而且副翼保持有效的横滚控制。前掠翼要到差不多整个机翼都失速的时候，才有翼尖失速的问题，比后掠翼进入失速要晚很多，有利于增强机动性。

空气只对机翼的“掠”感兴趣，前掠还是后掠并不重要，所以机翼也可以前掠 下图应该是美国X-29 是另一种前掠翼研究机。

不过前掠翼也有一个本质缺陷：就是气动弹性发散问题。机翼不是刚性的，是有一定的弹性的。

气流流过翼面产生升力，升力作用于机翼，因此翼尖有一个以翼根为支点上扭的趋势。由于前掠翼的支点在翼尖之后，前掠翼的翼尖有一个天然的向后上方扭转的趋势，上扬导致局部机翼迎角增加，产生更大的升力，进一步加剧向后上方的扭转。

如果不加控制，结构很快会由于过度扭曲而损坏。后掠翼的支点在翼尖之前，翼尖在升力作用下有一个天然的向前上方扭转的趋势，局部迎角减小，就没有这个问题。在早期，由于材料的限制，前掠翼无法解决气动弹性发散问题，后掠翼成为唯一的选择。复合材料出现之后，可以通过所谓“气动弹性剪裁”，也就是通过纤维走向的巧妙安排，使结构刚性在法向高于展向，巧妙地克服气动弹性发散引起的问题。

有关斜翼

后掠翼和前掠翼都是对称的，要么两侧一起后掠，要么两侧一起前掠。但从减阻的角度来说，没有理由不可以一侧前掠，一侧后掠，形成不对称的斜翼。

既然前掠、后掠都没有关系，那一边前掠、一边后掠也是可以的，这就是斜翼，这是美国的 AD-1 研究机

（起降的时候，是平的，和普通的平直翼飞机一样的，等升空之后，在高速飞行时，变成斜翼，一端前掠，一端后掠）

和后掠翼、前掠翼相比，斜翼沿机身轴线的总横截面积分布比较均匀，有利于满足跨声速面积律，降低跨声速阻力。

固定的斜翼有优越性，但变后掠的斜翼才是闪光点。

传统的变后掠翼很为铰链位置而苦恼，但变后掠的斜翼的铰链只有一个理想位置：正中间，其他位置都是画蛇添足。由于两侧的重量是平衡的，变后掠的斜翼在机械设计上还简单了一点，这就好比两手向外平伸直接提桶和肩上挑担的差别。在气动上，斜掠角的变化也使升力中心的移动大体不变，简化了飞行稳定性的设计。

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。

飞翼用机翼结构承载载荷，最大限度地提高了结构的气动效率，免除了翼根应力问题，这是美国的 B-2

X47B

椭圆形机翼

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。

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，如上图所示

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。

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，如上图所示

翼梢小翼

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。

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。

翼梢小翼发展简史

翼梢小翼不光有向上翻的，还可以向下垂，这是 A320 的小翼