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 天高任鸟飞:航空航天卷
1.1.1.8 超音速

超音速

超过声音的速度即称为超音速(又称为超声速),最大平飞速度超过声速的飞机称作超声速飞机。一般指最大平飞马赫数超过1.4,但低于5的飞机。超声速飞行时,由于气流产生激波而生成很高的波阻。为尽量降低波阻,飞机多采用小展弦比、平面形状为梯形或三角形的薄机翼。翼剖面采用相对厚度较小、近于对称的翼形。翼剖面的前缘半径很小,接近尖锐前缘。

超音速飞机多为军用飞机,当前大部分战斗机的马赫数在2~2.5。超音速客机虽已开始商业使用,但因经济性差及对环境影响大,故未大量使用。

超声速飞机的诞生是在第二次世界大战之后。1953年,美国F-100“超级佩刀”式喷气战斗机平飞速度首次超过声速。50年代中期,几种速度为声速2倍的喷气式战斗机问世。如前苏联的米格-21、美国的F-4“鬼怪式”和F-104。前两种飞机在越南战争中进行了反复的实战较量,后者在中东战场上崭露头角。60年代,美、苏两国又发展了“双三”飞机,即速度为3倍声速、升限超过30千米,代表机型是美国的SR-71“黑鸟”和前苏联的米格-25。

这期间,航空技术又有了新的突破,变后掠机翼飞机和垂直起落飞机研制成功,前者是美国的F-111,后者为英国的“鹞”式。这两种飞机的出现,标志着军用飞机的发展又进入了一个新的阶段,即由高速转向高机动性。F-111和“鹞”式飞机在以后的美国空袭利比亚和英阿马岛之战中都有不俗的表现。

超声速飞机的机体结构,同亚声速飞机很不相同,机翼必须薄得多,关键因素是宽高比,即机翼厚度与翼弦的比率。亚声速的活塞式飞机,轰炸机的宽高比为17%,歼击机是14%;但对于超声速飞机,厚弦比就很难超过5%,即机翼厚度只有翼弦的1/20或更小,机翼的最大厚度可能只有十几厘米。超声速飞机的翼展(即机翼两端的距离)不能太大,而是趋向于较宽较短、翼弦增大。设计师们将机翼做成三角形,前缘的后掠角较大,翼根很长,从机头到机尾同机身相接(如幻影-2000)。另一个办法,把超声速机翼做得又薄又短,可以不用后掠角(如F-104)。

根据一架飞机的外形,我们就基本上可以判断出它是超音速,还是亚音速的飞机了。