连载兰利研究中心的创新历程（之二）

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1、万方数据连载：兰利研究中心的创新历程(之二)追求高效率的“连翼飞机"JoinedWingAircraft：NASALangleyResearchCenter，sInnoVationExperiences(parttwo)温杰本篇介绍了NAsA兰利研究中心在“连翼飞机”概念上的研究与创新历程。连翼布局可以明显提高飞机的效率，但同时存在大量需要探索的新课题，兰利研究中心的努力使这种新奇的飞机布局正一步一步地走向成熟。飞竺蒜金鬈罢嚣的气动效率、结构效率和重量之间找到最佳的折中方案。自从重于空气的飞行器问世以来，飞机空气动力学的研制人员已经开发出多种非常规的创新方案

2、，并努力使它们投入实际使用。早在20世纪20年代，就有人设计出了一种将纵向串列式机翼连接在一起的钻石形“连翼”布局。到70年代，洛克希德和波音等公司分别提出了多种“连翼”和“盒式飞机”概念，并希望将其用于潜在的商业运输机和军用加油机的方案。连翼机的性能优势连翼布局的最主要优点是，后部机翼除了提供一部分升力外，还能承担一部分机翼的弯曲力矩，从而可以减少机翼的尺寸和重量。此外，在给定翼展和重量的情况下，还可以降低诱导阻力。连翼布局其他的潜在优势还包括：其升力面可以用于承载各种形状的雷达天线，从而提供360度的覆盖范围，在气动方面也几乎不会付出代价。通过配备与机翼

3、保形的相控阵雷达天线，可以在增加雷达能力的同时增加飞机的航程和续航时间。连翼舰载飞机，由于采用多个升力面可以减少飞机的外形尺寸，更适于舰载起降对紧凑结构的要求。连翼农用飞机或灭火飞机，由于结构的坚固性和抗撞性，可显著增强安全性，减少重大事故的发生。连翼勘探飞机，由于比传统的大展弦比机翼飞机有更好的刚性结构，可以显著提高高空传感器的抗颤振能力，适于完成地球环境和资源勘测任务。连翼布局的超声速飞机，具有相对低的声爆水平，而且前翼一后翼的连接部位很适合安装降低起飞着陆噪声的消声器。连翼机的技术挑战从技术方面考虑，连翼布局的最大挑战是，作为一种静不稳定结构，它具有许

4、多非常规的飞行特性，因而需要非常规的气动设计。例如，如何消除连翼机的机翼与机身结合处的分离流动以及气动部件之间的相NTERNATloNALAvIATloN／国际航空杂志2007．2互干扰，特别是后机翼或垂尾接合处的流动分离，不仅会显著增加阻力，还会极大地影响稳定性和控制；对于将发动机置于靠近机身中间部位的连翼飞机布局，前机翼／机身各部件的气动干扰有可能导致难以解决的发动机进气道流场畸变，或降低巡航状态下的推进性能。此外，发动机的尾流还可能对后机翼或垂尾产生难以预测的气动干扰；对于大多数连翼飞机，由于后机翼上的控制面的力臂相对较短，会导致低速飞行条件下纵向配平

5、能力和高升力之问的折中困难。此外，风洞试验显示，在低于失速的中等迎角时，前部机翼先于后机翼失速，导致飞机出现一种低头的趋势，从而导致飞机的升力性能低于预期值。长期以来，有关连翼布局研究的资料很少，实际应用和飞行经验则更少。由于研制这种新概念飞机需要大量的投入，单个企业很难独立承担，所以美国对这种布局的研制任务主要由NASA兰利研究中心承担，包括艾姆斯研究中心、德莱顿飞行研究中心，以及波音公司和洛克希德·马丁公司等企业也积极参与其中。兰利研究中心初期的机理研究1979年，美国以设计怪异飞机而闻名的飞机设计师鲁顿设计了一种螺旋桨驱动的连翼布局农用飞机。其后部机翼

6、与前部机翼的中间位置相连接，前部机翼带有翼梢小翼，农药箱设在厚度较大的垂直尾翼内。该布局引起了兰利研究中心的高度兴趣，于是制作了一个缩比模型，万方数据美国弗吉冕亚技术学院的逢翼私人飞机{左{．洛克希德·马T公司的连翼加油机方寨I右上{．20。5年首飞的波音”传感器飞机”f右FJ在4米低速／亚声速风洞内进行了探索性试验。虽然在试验中发现在机翼接合处提前出现流动分离，特别是在中等和大迎角下，同时位于后部机翼一垂尾连接处的流动分离有可能导致位置较低、厚度较厚的垂尾失去方向稳定性，但这次初步试验获得的连翼布局的稳定性和控制性特性，为后来连翼飞行器的研究打下了基础。兰

7、利研究中心研究人员认为，传统的悬臂式超临界薄机翼在大约30000米高空飞行时遇到的最大挑战是由于刚度不够，会产生很大的弯曲变形，并很容易触发导致灾难的颤振，而用连翼结构就可以大大增加机翼在高空飞行的刚度和承载能力，并可以明显抑制颤振的发生。1984年，兰利研究中心气动弹性部门专门进行了两种大展弦比(21．6和42)连翼布局飞机的颤振性能分析波音公司Ex连翼飞机概念f左上J．波音公司Ex连翼飞机的在冈舸试验(右i)波音公司EX连翼飞机的计算仿真I下图{和试验性研究。在研究中发现，连翼布局在颤振时能承受的动态压力大约高出悬臂式机翼1．6倍。在钢索安装的全翼展模型

8、试验中，还发现了许多未曾预料的结果。例如展弦比为21