第二百零七章抱朴守拙
由于海伦娜对新战机的定位是一款性能全面的廉价战机,所以德国设计师们既体现了强烈的创新意识,又体现出了相对谨慎的一面。比如在飞机机翼平面形状的选择上,新战机坚定地拒绝了理论上诱导阻力最小的椭圆形机翼;而在机翼剖面翼型的选择上,新战机也同样没有考虑被上个位面的部分军迷奉为神明的自然层流翼型。
这倒不是海伦娜不知道椭圆形机翼和自然层流翼的优点,虽然在上个位面中这两种技术分别在英国的“喷火”战斗机和美国的“野马”战斗机上有过比较成功的应用,但海伦娜和设计师们经过权衡后一致认为,从BF-*********,无论是椭圆形机翼还是自然层流翼都不是适合这款战机的选择。
比如在上个位面因“喷火”战斗机而称著于世的椭圆形机翼,它的诱导阻力确实比常规的梯形机翼稍小一些。也是基于这个原因,此前亨克尔公司拿出来和BF-109竞标的He-*********平面形状。但是如果战斗机的机翼采用这种复杂的平面形状,每架飞机的生产需就要比采用梯形机翼的型号多耗费大约1500工时,这还是在有足够的熟练工人的情况下,这个代价对海伦娜来说是完全不可接受的。
至于上个位面“野马”上所采用的自然层流翼,同样没有很多军迷想象得那么完美。层流翼的减阻效果主要源于它的上表面比较平坦,最大厚度位置相对靠后,因而边界层的气流在流过机翼时加速比较和缓,从层流转变为湍流的位置也更靠后。由于层流的摩擦阻力比湍流小得多,所以层流翼理论上可以大幅降低摩擦阻力。
可惜这一切仅仅是理论而已,要想维持机翼上表面更大范围的层流,机翼表面就必须拥有良好的光洁度,否则层流在通过粗糙的机翼表面时,一样会转变为摩擦阻力较大的湍流。这不仅需要在生产时使用更精良的加工工艺,还需要在维护时耗费更多的心力去保持机翼表面的光洁。这是因为野外环境下的雨雪、霜冻、沙尘附着在机翼上都会导致层流被破坏,从而让层流翼失去降低摩擦阻力的功效。
这时有人可能会说了:层流翼除了降低摩擦阻力外,还能降低飞机压差阻力并且提高机翼临界马赫数,这听起来倒是没有多大问题,但实际上仍然经不起推敲。
问题就在于亚音速飞机的飞行总阻力中,大约有85%是由诱导阻力和摩擦阻力提供的,而在剩下的那15%的飞行阻力当中,压差阻力只贡献了其中的三分之一左右。也就是说整架飞机的压差阻力只占总阻力的5%上下,具体到机翼产生的压差阻力,再具体到层流翼减小的那点压差阻力,已经基本上小到可以忽略不计了。
至于层流翼提高临界马赫数的作用,海伦娜对此就更是不以为然了。以二战时期螺旋桨战斗机那顶天700-*********,想要让机翼的临界马赫数高于这个水平的手段很多。事实上在上个位面的二战中,BF-*********也高达左右,而“喷火”战斗机那相对较薄的机翼临界马赫数更是可以高达上下。除非在全速俯冲,否则飞机是基本没有可能达到这样的速度的。
除此之外,层流翼自身的气动特性也存在一些缺陷,比如在低速条件下的最大升力系数较常规翼型低,再比如由于机翼前缘半径较小导致层流翼在大迎角下更容易失速等等。虽然这些问题对海伦娜来说并不是不可解决的,比如可以采用机翼前缘扭转技术来优化层流翼的失速特性,但那样做的话会进一步增加飞机制造的难度。
综合以上这些,德国设计师不青睐层流翼的理由也就非常明确了:
层流翼虽然理论上确实可以降低摩擦阻力,但这个优点是建立在对生产和维护的更高要求的基础上的,而BF-*********件比较恶劣的野战机场起降,而那里简陋的后勤条件很难保证机翼表面不受冰雪、泥污和沙尘的困扰,所以也就很难发挥出层流翼降低机翼摩擦阻力这个最显著的优势。
至于层流翼的其他优势,比如降低压差阻力和提高临界马赫数,要么作用小到几乎可以忽略不计,要么使用其他手段也能够达成。况且层流翼自身的一些缺点也多少违背了海伦娜要求新战机性能全面而均衡的初衷。
在否决了椭圆形机翼和自然层流翼型之后,相比增升、排气以及冷却系统的巧夺天工,本位面BF-*********无华。
机翼平面形状是和上个位面的BF-109,只是提高了机翼根部的弦长,并且略微增加了翼展(从米增加到米),使得机翼面积从16.*********.25平方米。剖面翼型则依然采用常规翼型,不过由于机翼弦长的增加,使得机翼在绝对厚度不变的情况下,让相对厚度略微减小,再顺势将机翼的最大厚度位置从弦长30%的位置向后移动到36%的位置。
这些小改动在保持BF-*********了高速阻力,并且让机翼的临界马赫数从上个位面的,以提高飞机在俯冲时的可操纵性。不过更重要的是这些改动基本不会增加生产成本和维护难度。
相比在机翼几何形状设计的中庸乃至保守,BF-*********,倒是走出与这个时代的常规设计理念截然相反的道路。
它的螺旋桨叶片不再是上个位面的二战期间最常见的针形或者圆顶形叶片,而是一种带圆角的矩形叶片。这种矩形叶片在靠近桨尖的地方弯度逐渐变小,相对厚度也也逐渐削薄。这种叶片在低速运行时效率和传统叶片相似,但当高速的状态下螺旋桨的叶尖速度接近音速时,由于这种矩形桨叶的叶尖被设计得既薄且平,所以会拥有更高的临界马赫数。这可以让螺旋桨叶片在高速旋转时阻力更小,产生的拉力更大。
相比之下,上个位面二战中的那些采用传统的针形叶尖或者椭圆形叶尖的螺旋桨,虽然理论上在转动时拥有最低的诱导阻力,但是它们的叶尖由于弦长变短而相对厚度较大,所以一旦螺旋桨叶尖的速度接近音速,叶尖上的气流便会更早地超过音速而产生激波。这时发动机功率便会更多地被用来克服激波阻力,而不是为飞机提供拉力,这会导致对发动机功率的严重浪费。
矩形叶片比针形或者圆顶形叶片效率更高,这对本位面同时期的设计师们来说可能不大符合他们多年的设计常识,但在后世确实是久经考验后确认的事实。这些年海伦娜就是为了让德国的空气动力学界和设计界对这个事实有一点粗浅的认知,也没少花费时间和试验经费,毕竟想要改变一群人的思维惯性,真的不是一件容易的事情。
虽然海伦娜知道,如果将螺旋桨叶加工成后掠的弯刀型还能进一步推迟叶尖激波的产生并提高桨效,但那也意味着螺旋桨叶片的加工工艺,需要从比较简单的二维曲面变成更加复杂的三维曲面,对于提高生产效率是不利的。再加上高速矩形桨叶对于二战时期的活塞式螺旋桨飞机已经绰绰有余,所以海伦娜也就没有为了虚无缥缈的“先进性”而多此一举了。
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这倒不是海伦娜不知道椭圆形机翼和自然层流翼的优点,虽然在上个位面中这两种技术分别在英国的“喷火”战斗机和美国的“野马”战斗机上有过比较成功的应用,但海伦娜和设计师们经过权衡后一致认为,从BF-*********,无论是椭圆形机翼还是自然层流翼都不是适合这款战机的选择。
比如在上个位面因“喷火”战斗机而称著于世的椭圆形机翼,它的诱导阻力确实比常规的梯形机翼稍小一些。也是基于这个原因,此前亨克尔公司拿出来和BF-109竞标的He-*********平面形状。但是如果战斗机的机翼采用这种复杂的平面形状,每架飞机的生产需就要比采用梯形机翼的型号多耗费大约1500工时,这还是在有足够的熟练工人的情况下,这个代价对海伦娜来说是完全不可接受的。
至于上个位面“野马”上所采用的自然层流翼,同样没有很多军迷想象得那么完美。层流翼的减阻效果主要源于它的上表面比较平坦,最大厚度位置相对靠后,因而边界层的气流在流过机翼时加速比较和缓,从层流转变为湍流的位置也更靠后。由于层流的摩擦阻力比湍流小得多,所以层流翼理论上可以大幅降低摩擦阻力。
可惜这一切仅仅是理论而已,要想维持机翼上表面更大范围的层流,机翼表面就必须拥有良好的光洁度,否则层流在通过粗糙的机翼表面时,一样会转变为摩擦阻力较大的湍流。这不仅需要在生产时使用更精良的加工工艺,还需要在维护时耗费更多的心力去保持机翼表面的光洁。这是因为野外环境下的雨雪、霜冻、沙尘附着在机翼上都会导致层流被破坏,从而让层流翼失去降低摩擦阻力的功效。
这时有人可能会说了:层流翼除了降低摩擦阻力外,还能降低飞机压差阻力并且提高机翼临界马赫数,这听起来倒是没有多大问题,但实际上仍然经不起推敲。
问题就在于亚音速飞机的飞行总阻力中,大约有85%是由诱导阻力和摩擦阻力提供的,而在剩下的那15%的飞行阻力当中,压差阻力只贡献了其中的三分之一左右。也就是说整架飞机的压差阻力只占总阻力的5%上下,具体到机翼产生的压差阻力,再具体到层流翼减小的那点压差阻力,已经基本上小到可以忽略不计了。
至于层流翼提高临界马赫数的作用,海伦娜对此就更是不以为然了。以二战时期螺旋桨战斗机那顶天700-*********,想要让机翼的临界马赫数高于这个水平的手段很多。事实上在上个位面的二战中,BF-*********也高达左右,而“喷火”战斗机那相对较薄的机翼临界马赫数更是可以高达上下。除非在全速俯冲,否则飞机是基本没有可能达到这样的速度的。
除此之外,层流翼自身的气动特性也存在一些缺陷,比如在低速条件下的最大升力系数较常规翼型低,再比如由于机翼前缘半径较小导致层流翼在大迎角下更容易失速等等。虽然这些问题对海伦娜来说并不是不可解决的,比如可以采用机翼前缘扭转技术来优化层流翼的失速特性,但那样做的话会进一步增加飞机制造的难度。
综合以上这些,德国设计师不青睐层流翼的理由也就非常明确了:
层流翼虽然理论上确实可以降低摩擦阻力,但这个优点是建立在对生产和维护的更高要求的基础上的,而BF-*********件比较恶劣的野战机场起降,而那里简陋的后勤条件很难保证机翼表面不受冰雪、泥污和沙尘的困扰,所以也就很难发挥出层流翼降低机翼摩擦阻力这个最显著的优势。
至于层流翼的其他优势,比如降低压差阻力和提高临界马赫数,要么作用小到几乎可以忽略不计,要么使用其他手段也能够达成。况且层流翼自身的一些缺点也多少违背了海伦娜要求新战机性能全面而均衡的初衷。
在否决了椭圆形机翼和自然层流翼型之后,相比增升、排气以及冷却系统的巧夺天工,本位面BF-*********无华。
机翼平面形状是和上个位面的BF-109,只是提高了机翼根部的弦长,并且略微增加了翼展(从米增加到米),使得机翼面积从16.*********.25平方米。剖面翼型则依然采用常规翼型,不过由于机翼弦长的增加,使得机翼在绝对厚度不变的情况下,让相对厚度略微减小,再顺势将机翼的最大厚度位置从弦长30%的位置向后移动到36%的位置。
这些小改动在保持BF-*********了高速阻力,并且让机翼的临界马赫数从上个位面的,以提高飞机在俯冲时的可操纵性。不过更重要的是这些改动基本不会增加生产成本和维护难度。
相比在机翼几何形状设计的中庸乃至保守,BF-*********,倒是走出与这个时代的常规设计理念截然相反的道路。
它的螺旋桨叶片不再是上个位面的二战期间最常见的针形或者圆顶形叶片,而是一种带圆角的矩形叶片。这种矩形叶片在靠近桨尖的地方弯度逐渐变小,相对厚度也也逐渐削薄。这种叶片在低速运行时效率和传统叶片相似,但当高速的状态下螺旋桨的叶尖速度接近音速时,由于这种矩形桨叶的叶尖被设计得既薄且平,所以会拥有更高的临界马赫数。这可以让螺旋桨叶片在高速旋转时阻力更小,产生的拉力更大。
相比之下,上个位面二战中的那些采用传统的针形叶尖或者椭圆形叶尖的螺旋桨,虽然理论上在转动时拥有最低的诱导阻力,但是它们的叶尖由于弦长变短而相对厚度较大,所以一旦螺旋桨叶尖的速度接近音速,叶尖上的气流便会更早地超过音速而产生激波。这时发动机功率便会更多地被用来克服激波阻力,而不是为飞机提供拉力,这会导致对发动机功率的严重浪费。
矩形叶片比针形或者圆顶形叶片效率更高,这对本位面同时期的设计师们来说可能不大符合他们多年的设计常识,但在后世确实是久经考验后确认的事实。这些年海伦娜就是为了让德国的空气动力学界和设计界对这个事实有一点粗浅的认知,也没少花费时间和试验经费,毕竟想要改变一群人的思维惯性,真的不是一件容易的事情。
虽然海伦娜知道,如果将螺旋桨叶加工成后掠的弯刀型还能进一步推迟叶尖激波的产生并提高桨效,但那也意味着螺旋桨叶片的加工工艺,需要从比较简单的二维曲面变成更加复杂的三维曲面,对于提高生产效率是不利的。再加上高速矩形桨叶对于二战时期的活塞式螺旋桨飞机已经绰绰有余,所以海伦娜也就没有为了虚无缥缈的“先进性”而多此一举了。
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