先上照片
DC4
Y9
請(qǐng)看DC4，60年代之前的飛機(jī)，機(jī)翼尖和機(jī)尾，都比較圓潤(rùn)，也比較符合直覺中的低速氣動(dòng)。再看Y9，翼尖都是方的，垂尾本體和垂尾與機(jī)身的過渡，也都是硬角+直線過渡；其實(shí)平尾也從曲線變成了直線+硬角。
外觀上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)不如40年代美觀，但氣動(dòng)上為什么要這樣呢，一定有較為進(jìn)步的理論依據(jù)，哪位能給解釋一下？
另外，DC客機(jī)，從DC3直到DC9，甚至Lockheed C130，都有一個(gè)顯著特征，就是駕駛艙前風(fēng)擋玻璃，與機(jī)鼻形成一個(gè)明顯的、類似轎車一樣的折角，這明顯是阻力啊，為什么存在了70年，新造C130還在保留？Y9就比較圓潤(rùn)。
===========================================================
機(jī)翼圓潤(rùn)造型最典型的例子是噴火，其機(jī)翼是橢圓形的：
但要糾正一個(gè)小問題，并非是渦槳飛機(jī)外型變化，其實(shí)早期螺旋槳、渦槳和噴氣飛機(jī)都有圓潤(rùn)的例子。
題主提到的DC-4實(shí)際上不是渦槳飛機(jī)，而是活塞飛機(jī)，比起前輩DC-3，它的圓潤(rùn)度已經(jīng)差些了。
而1960年代以前的渦槳飛機(jī)也有棱棱角角的，比如1952年的圖-95
就連噴火，也有切尖機(jī)翼的Mk XXIV型
不曬圖了，直接說為啥吧。首先，無論哪個(gè)部分做圓滑，都由于減小空氣阻力，但與其他部分相比，機(jī)翼翼尖圓潤(rùn)有著特殊的意義。
機(jī)翼靠伯努利效應(yīng)行程的上下表面壓力差產(chǎn)生升力，下翼面氣流壓力大，會(huì)繞翼尖后向上翻滾，形成翼尖渦流，帶來誘導(dǎo)阻力。某些情況下，誘導(dǎo)阻力可以達(dá)到飛機(jī)總阻力的15-30%，翼尖渦流也會(huì)影響飛機(jī)的飛行品質(zhì)。
通常來說，展弦比越?。C(jī)翼長(zhǎng)度與寬度之比），誘導(dǎo)阻力越大，也就是說細(xì)長(zhǎng)的機(jī)翼阻力更小。但是，早期材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法支撐過長(zhǎng)的機(jī)翼，機(jī)場(chǎng)和設(shè)施條件也限制機(jī)翼長(zhǎng)度，機(jī)翼必然有一定寬度才能保持足夠的面積。這時(shí)候，圓滑翼尖形狀就成為減小翼尖渦流的有效辦法了。
理論上，水平尾翼和垂直尾翼只要有兩側(cè)壓力差，也有翼尖渦流和誘導(dǎo)阻力問題，只是與機(jī)翼相比問題小多了。
但是，無論機(jī)翼翼尖還是機(jī)身其他部分，做成圓潤(rùn)造型都增加了工藝復(fù)雜性，增加了結(jié)構(gòu)重量，增加了制造成本和周期。噴火的機(jī)翼制造就比較麻煩昂貴。幾方面是必須做權(quán)衡的。
隨著空氣動(dòng)力學(xué)的進(jìn)步，翼尖修形的問題也暴露出來，橢圓形或翼尖迅速收細(xì)的機(jī)翼由于升力分布問題，翼尖比翼根更容易失速。圓形翼尖部分由于壓力分布，雖然誘導(dǎo)阻力小，升力也有明顯損失。
設(shè)計(jì)、材料、結(jié)構(gòu)、加工的進(jìn)步，開始出現(xiàn)了更長(zhǎng)的展弦比、后掠翼、三角翼，圓潤(rùn)翼尖的作用就顯得多余了，反而是累贅。等到跨音速、超音速時(shí)代，超音速阻力下這些修形反而增加了波阻。
后來的很多亞音速飛機(jī)，不但有較長(zhǎng)的展弦比和后掠角，還有翼梢小翼來減小誘導(dǎo)阻力，效率遠(yuǎn)高于圓形翼尖。即便如此，很多飛機(jī)還要考慮翼梢小翼的結(jié)構(gòu)重量、成本和效率，舍棄翼梢小翼，圓形翼尖更沒有什么市場(chǎng)了。
其他翼面和機(jī)身其他地方的圓潤(rùn)修形也是類似。很多圓潤(rùn)修形看上去非常有助減少阻力，隨著設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)累積、風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)芰υ鰪?qiáng)乃至計(jì)算機(jī)輔助，設(shè)計(jì)師意識(shí)到不是所有地方圓潤(rùn)修形都有那么大的減阻作用。飛行速度增加后，這些修形反而要求更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量，真真得不償失，所以現(xiàn)在飛機(jī)上圓潤(rùn)修形設(shè)計(jì)越來越少。
最后說說風(fēng)擋問題。1950-60年代以后，大中型飛機(jī)機(jī)身不斷加長(zhǎng)，越來越直線，除了機(jī)頭和機(jī)位一小部分收小，中端一大段都是圓柱體、立方體。因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)下，可以在最小的機(jī)身截面積獲得最大的機(jī)內(nèi)空間。最小的機(jī)身截面意味著最小的阻力、最輕的結(jié)構(gòu)重量、和更好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這樣一來，機(jī)頭部分拉尖的長(zhǎng)度就小了，機(jī)鼻更鈍圓了，風(fēng)擋和機(jī)鼻的折角必然減小或消失。
從空氣動(dòng)力學(xué)角度看，由于機(jī)身加長(zhǎng)，機(jī)鼻和機(jī)尾流線型的阻力因素減小了，反而到是浸潤(rùn)面積帶來的阻力更突出了。所謂浸潤(rùn)面積是指飛機(jī)表面彎彎曲曲的“潮面積”，外形越復(fù)雜阻力越大。折角減小會(huì)減小這種阻力，這就解釋了為什么新的大型飛機(jī)駕駛室風(fēng)擋折角明顯變小。
聯(lián)系客服
