俗話說，百人百態(tài)，千人千面。 飛機(jī)和人一樣，也是各式各樣的，其中最引人注目的差別就是不同形狀的機(jī)翼。

說起來，飛機(jī)的奧妙就在于機(jī)翼。從萊特兄弟到現(xiàn)在，除了航空動(dòng)力外，幾乎每一次航空技術(shù)的重大突破都離不開在機(jī)翼上作文章。

1.平直翼：

最簡(jiǎn)單的機(jī)翼是平直翼，機(jī)翼前后緣和機(jī)身垂直，機(jī)翼從里到外一樣寬。這樣的機(jī)翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，產(chǎn)生升力的效率較高，但阻力也較大。升力的力臂使得翼根的受力很是不利。

▲最簡(jiǎn)單的機(jī)翼上平直翼

為了均衡升力的分布，并改善機(jī)翼的受力設(shè)計(jì)和降低重量，平直翼可以帶一點(diǎn)錐度，從里到外逐漸變窄，改善升力分布，是更多的升力產(chǎn)生在靠近翼根的部位，縮短力臂，降低翼根應(yīng)力。低速、簡(jiǎn)單的小飛機(jī)可以用簡(jiǎn)單平直翼以降低制造成本，但稍微有點(diǎn)追求的平直翼飛機(jī)大多帶一定的錐度。

▲C-130這樣帶一點(diǎn)錐度的機(jī)翼也算平直翼

帶錐度的平直翼可以前緣略帶后掠，也可以后緣略帶前掠，兩者在氣動(dòng)上有一點(diǎn)差別，但不改變都是平直翼的本質(zhì)。當(dāng)速度大幅度提高后，平直翼阻力大的缺點(diǎn)就比較明顯，尤其在速度接近聲速的時(shí)候。

▲錐度可以使前緣略帶后掠，像DC-3；

也可以使后緣略帶前掠，像C-130

德國(guó)人阿道夫布斯曼在 30 年代就提出了后掠翼，只是沒有引起當(dāng)時(shí)人們的重視而已。

后掠翼大量使用在跨聲速（0.8-1.2 倍聲速范圍內(nèi)）和高亞聲速飛機(jī)上，像殲-6 戰(zhàn)斗機(jī)、各種波音和空客客機(jī)。

▲米格-15和F-86是第一代采用后掠翼的戰(zhàn)斗機(jī)

▲英國(guó)“閃電”

美國(guó) F-100

蘇聯(lián)米格-19 則是第一代后掠翼的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)

2.三角翼：

后掠翼的制造比平直翼要麻煩，翼根不僅要承受機(jī)身重量帶來的應(yīng)力，還要機(jī)翼上揚(yáng)造成的向前扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力，需要大大加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，帶來較大的重量。但如果把后掠翼“鏤空”的后半填起來，機(jī)翼后緣拉直，變成三角翼，翼根的受力情況就接近于平直翼，容易處理多了。

協(xié)和式飛機(jī)

在同樣翼展下，三角翼的翼面積更大，升力更大；翼根更長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)上需要的加強(qiáng)越少，同樣翼面積時(shí)重量更輕。另一方面，機(jī)翼的阻力特征由相對(duì)厚度決定，也就是機(jī)翼的實(shí)際厚度和弦長(zhǎng)（機(jī)翼前后緣之間的距離）之比。實(shí)際機(jī)翼的厚度和弦長(zhǎng)隨不同翼展位置而變化，所以一般取 1/4 翼展處的厚度和弦長(zhǎng)之比。三角翼的翼弦較長(zhǎng)，在相對(duì)厚度不變的情況下，實(shí)際厚度較厚，既簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造，有利于減重；又增加翼內(nèi)容積，有利于增加機(jī)內(nèi)燃油容量。

美國(guó)F-106

▲把后掠翼機(jī)翼后緣的“鏤空”部分填補(bǔ)起來，就成為三角翼

50 年代后，超聲速飛機(jī)采用大后掠翼的越來越少了，大多采用三角翼。殲-8II、殲-10 都是三角翼，歐洲的“臺(tái)風(fēng)”、“陣風(fēng)”、“鷹獅”也是三角翼。

殲-8IIM

J-10A

臺(tái)風(fēng)

陣風(fēng)

當(dāng)然還有三哥的LCA

但是三角翼沒有一統(tǒng)天下。超聲速飛行時(shí)，機(jī)翼只要“躲”在激波錐的鋒面之后，就可以避免產(chǎn)生激波阻力。也就是說，翼展較短的機(jī)翼也同樣可以達(dá)到降阻的作用。為了盡量增加翼面積以保證提供足夠的升力，機(jī)翼的弦長(zhǎng)可以增加，甚至把平直的后緣前掠，形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角減阻，但大后掠角帶來較大的展向分量，造成升力損失，尤其在低速的時(shí)候，大后掠角使很大一部分迎面氣流都“溜肩”損失掉了，造成低速時(shí)升力不足的問題，所以大后掠翼飛機(jī)的起飛、著陸速度一般比較高，機(jī)動(dòng)性不夠好。

三角翼也有同樣的問題。相比之下，梯形翼不靠后掠角減阻，所以機(jī)翼前緣的后掠角可以較小，在性質(zhì)上更加接近同樣翼展下的平直翼，升力較好。不過梯形翼的翼展受到限制，所以最后結(jié)果并不一定優(yōu)于大后掠翼或者三角翼。

美國(guó)F-5

▲但采用短粗的梯形翼也可以達(dá)到超聲速減阻的作用

和三角翼相比，梯形翼的使用比較少，但還是有一些忠實(shí)的信徒，尤其是諾斯羅普，F(xiàn)-5 和 F-18 都是梯形翼。洛克希德的 F-104 也是梯形翼，但 F-22 已經(jīng)超出傳統(tǒng)梯形翼，而是介于梯形翼和三角翼之間了。

F18

F22

3.變后掠翼：

大后掠翼、三角翼、梯形翼的起飛、著陸速度和機(jī)動(dòng)性都不及平直翼，但平直翼的高速飛行阻力太大，那通過機(jī)械手段，使機(jī)翼的后掠角可以在飛行中按需要隨意改變，豈不兩全其美？這就是變后掠翼的由來。

變后掠翼的概念看似簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來問題一大堆。首先有飛行穩(wěn)定性的問題。隨著機(jī)翼后掠角的增加，升力中心逐步后移，很快就有升力中心遠(yuǎn)離重心的問題，即使超級(jí)巨大的平尾能壓住，也將帶來巨大的阻力，得不償失。為了減小升力中心的移動(dòng)，變后掠翼只能一分兩段，鉸鏈設(shè)置在固定的內(nèi)段外側(cè)，而活動(dòng)的外段減小，犧牲變后掠翼的效果來簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)。

蘇-17 為了最大限度地減小飛行穩(wěn)定性問題，活動(dòng)段只占翼展的一半；F-14 的活動(dòng)段比例大一點(diǎn)，但依然有一個(gè)很大的固定段。變后掠翼還有很多具體問題：翼下起落架不容易找地方生根，活動(dòng)段內(nèi)無(wú)法設(shè)計(jì)翼內(nèi)油箱使總的翼內(nèi)油箱空間大減，翼下武器掛架需要隨活動(dòng)段同步轉(zhuǎn)動(dòng)才能保持掛載的武器指向前方，加上變后掠翼固有的機(jī)械問題，變后掠翼最后會(huì)變的很重，極大地抵消了變后掠翼的氣動(dòng)優(yōu)勢(shì)。

F14

在 60-70 年代曇花一現(xiàn)之后，變后掠翼現(xiàn)在很少采用了，1981 年首飛的圖-160 是最后一種新投產(chǎn)的變后掠翼飛機(jī)。

▲俄羅斯的圖-160是世界上最大的變后掠翼飛機(jī)，也是最后一種變后掠翼飛機(jī)

4.前掠翼：

大后掠翼和三角翼通過后掠角減阻，但空氣其實(shí)只對(duì)這個(gè)斜掠的角度感興趣，對(duì)機(jī)翼是后掠還是前掠是不在乎的。那前掠翼有什么好處呢？前掠翼上氣流的展向流動(dòng)是向內(nèi)的，機(jī)體將最終自然阻止展向流動(dòng)，提高機(jī)翼產(chǎn)生升力的效率。

邪惡的SU-47

更重要的是，前掠翼極大地推遲了翼尖失速的問題?？諝馐怯姓承缘?，這個(gè)粘性在機(jī)翼表面形成一個(gè)邊界層（也稱附面層），在邊界層內(nèi)氣流呆滯，產(chǎn)生升力的效果受到損失。在大迎角飛行時(shí)，氣流沿后掠翼的展向流動(dòng)，導(dǎo)致邊界層向翼尖堆積，造成翼尖首先失速，引起升力中心向翼根方向移動(dòng)，造成機(jī)頭進(jìn)一步上揚(yáng)，最終導(dǎo)致整個(gè)機(jī)翼失速。

前掠翼則不同，翼尖處于“干凈”的氣流中，邊界層堆積發(fā)生在翼根，升力損失小，而且副翼保持有效的橫滾控制。前掠翼要到差不多整個(gè)機(jī)翼都失速的時(shí)候，才有翼尖失速的問題，比后掠翼進(jìn)入失速要晚很多，有利于增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性。

▲空氣只對(duì)機(jī)翼的“掠”感興趣，前掠還是后掠并不重要，所以機(jī)翼也可以前掠，這是俄羅斯的 Su-37 研究機(jī)

▲美國(guó)X-29是另一種前掠翼研究機(jī)

不過前掠翼也有一個(gè)本質(zhì)缺陷：就是氣動(dòng)彈性發(fā)散問題。機(jī)翼不是剛性的，是有一定的彈性的。

5.斜翼：

后掠翼和前掠翼都是對(duì)稱的，要么兩側(cè)一起后掠，要么兩側(cè)一起前掠。但從減阻的角度來說，沒有理由不可以一側(cè)前掠，一側(cè)后掠，形成不對(duì)稱的斜翼。

▲既然前掠、后掠都沒有關(guān)系，那一邊前掠、一邊后掠也是可以的，這就是斜翼，這是美國(guó)的AD-1研究機(jī)

和后掠翼、前掠翼相比，斜翼沿機(jī)身軸線的總橫截面積分布比較均勻，有利于滿足跨聲速面積律，降低跨聲速阻力。

固定的斜翼有優(yōu)越性，但變后掠的斜翼才是閃光點(diǎn)。

傳統(tǒng)的變后掠翼很為鉸鏈位置而苦惱，但變后掠的斜翼的鉸鏈只有一個(gè)理想位置：正中間，其他位置都是畫蛇添足。由于兩側(cè)的重量是平衡的，變后掠的斜翼在機(jī)械設(shè)計(jì)上還簡(jiǎn)單了一點(diǎn)，這就好比兩手向外平伸直接提桶和肩上挑擔(dān)的差別。在氣動(dòng)上，斜掠角的變化也使升力中心的移動(dòng)大體不變，簡(jiǎn)化了飛行穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。

▲斜翼的生命力在于和飛翼結(jié)合，還可以自然是實(shí)現(xiàn)可變后掠角

中國(guó)民航大學(xué)設(shè)計(jì)的 平行四邊形變掠斜翼飛機(jī)

6.飛翼：

斜翼意外地解決了變后掠翼的難題，但斜翼更能體現(xiàn)優(yōu)越性的地方是飛翼。

傳統(tǒng)飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身是分開的，機(jī)翼產(chǎn)生升力，機(jī)身裝載人員和貨物。但機(jī)身不產(chǎn)生升力，是“死重”，這個(gè)問題使翼根的受力很高，從結(jié)構(gòu)上講效率不高。最好的辦法是所有的載重都在機(jī)翼內(nèi)，那樣結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求最低。從理論上講，要是在機(jī)翼上每一點(diǎn)升力和重力都正好抵消，用紙做飛機(jī)都可以，最大限度地降低結(jié)構(gòu)重量。當(dāng)然這在實(shí)際上這不可能，還沒有上天，重量已經(jīng)把紙蒙皮壓穿了。不過這說明，沒有機(jī)身、只有機(jī)翼的飛翼的大方向正確。

▲飛翼用機(jī)翼結(jié)構(gòu)承載載荷，最大限度地提高了結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)效率，免除了翼根應(yīng)力問題，這是美國(guó)的B-2

利劍無(wú)人機(jī)

7.橢圓形機(jī)翼：

如果不產(chǎn)生推力，飛機(jī)傳遞到空氣中的一切能量都形成阻力，翼尖渦流就是飛行阻力的一個(gè)很重要的部分。合理設(shè)計(jì)升力分布，使靠近翼尖的地方較少產(chǎn)生升力，翼尖繞流產(chǎn)生的阻力就自然減小，橢圓形機(jī)翼就是這么一個(gè)思路，二戰(zhàn)中英國(guó)“噴火”式戰(zhàn)斗機(jī)那著名的橢圓形機(jī)翼就是這么來的。

▲英國(guó)“噴火”戰(zhàn)斗機(jī)那著名的橢圓形機(jī)翼就是按照減少翼尖繞流和最優(yōu)升力分布設(shè)計(jì)的

橢圓翼的一個(gè)自然延伸就是圓形翼。圓形翼不僅使升力產(chǎn)生的部位向翼根集中，還更加符合面積律，尤其是在沒有機(jī)身的圓形飛翼的情況下。這種飛盤不僅在理論上適合從懸停到超聲速的所有速度范圍，還是科幻人士的最愛，是飛機(jī)設(shè)計(jì)中難以釋懷的一個(gè)理想設(shè)計(jì)，不過飛行控制的問題比較難解決，不僅控制力臂很短，發(fā)動(dòng)機(jī)、噴口、控制面的設(shè)計(jì)都要重新考慮。

▲更加極端的當(dāng)然就是飛碟，這是加拿大Avrocar，這是為美國(guó)空軍設(shè)計(jì)的，所以是美國(guó)空軍涂裝

8.翼梢小翼：

解決翼尖繞流的另一個(gè)方法是用翼梢小翼，這是豎立在翼尖的垂直小翼，直接阻止翼尖繞流。在氣動(dòng)上，翼梢小翼相當(dāng)于延長(zhǎng)了有效翼展，增加了升力。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑?，翼梢小翼可以達(dá)到超過實(shí)際“翼展”的有效翼展，但翼梢小翼也增加了阻力和重量，還帶來了翼面轉(zhuǎn)接處的氣動(dòng)干擾阻力。

▲不用橢圓形機(jī)翼或者飛碟的話，翼梢小翼可以有效地降低翼尖繞流的影響

翼梢小翼可以同時(shí)往上下延伸，也可以只往上延伸，兩者之間的選取自然是增升和減重、減阻之間的權(quán)衡。在老設(shè)計(jì)挖潛的情況下，或者在翼展受到機(jī)場(chǎng)條件限制情況下，翼梢小翼是很有效的作法。但全新設(shè)計(jì)機(jī)翼時(shí)，增加翼展常常更加簡(jiǎn)潔有效。

▲翼梢小翼不光有向上翻的，還可以向下垂，這是A320的小翼

▲翼梢小翼也是有翼尖繞流的，把小翼頂端折起來，就形成了C形翼

▲這是C形翼客機(jī)的想象圖

9.矩形翼：

如果把 C 形翼向內(nèi)的水平延伸部分連接起來，就形成了閉合的矩形翼。從某種意義上說，這就是把早年的雙翼在翼尖處用端板連接起來。即使不算端板相當(dāng)于翼梢小翼的增升作用，雙翼的翼面積比單翼大一倍，自然提供更大的升力。但上下翼面在機(jī)身和兩翼翼尖三點(diǎn)連接，在受力上比懸臂的單翼和雙翼更加有利，減少了為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)所帶來的重量，所以重量上最后的增加并不成倍。但阻力增加了，不僅由于增大的迎風(fēng)阻力和濕面積帶來的磨擦阻力，還有繁多的氣動(dòng)面之間的交互阻力。

▲把C形翼的頂端連接起來，就成為矩形翼，這已經(jīng)有點(diǎn)回歸雙翼的意思了

▲矩形翼的上下翼還可以一個(gè)前掠，一個(gè)后掠，這就是所謂的搭接翼了，也可以稱為菱形翼

10.搭接翼：

矩形翼的上下機(jī)翼可以是同樣的平面形狀，也可以有所不同，其中一個(gè)比較有意思的特例是所謂搭接翼。

搭接翼的下機(jī)翼是安裝在機(jī)身上的常規(guī)的后掠翼，上機(jī)翼是安裝在垂尾頂上、帶較大下反（也就是倒 V 形）的前掠翼，翼梢小翼取消，上下機(jī)翼在翼尖直接搭接，或者在下機(jī)翼的翼展一半的中部某處搭接。搭接翼的上機(jī)翼也產(chǎn)生升力，并具有前掠翼的一切好處，但還有一些額外的好處。

由于上機(jī)翼的翼尖和下機(jī)翼搭接，翼尖的氣動(dòng)彈性發(fā)散不再成為問題，大大簡(jiǎn)化了前掠的上機(jī)翼的設(shè)計(jì)和制造；后掠翼翼根不僅承受向上的升力，還承受向后的阻力，搭接的上機(jī)翼正好頂住下機(jī)翼，使受力情況大大改善，有利于減重。另外，上機(jī)翼和下機(jī)翼搭接后，全機(jī)在縱向上總的橫截面積分布更加平順，而沒有后掠翼翼尖之后出現(xiàn)截面積劇減的不連續(xù)，還有利于降低跨聲速阻力。

▲搭接翼的組合就多了，可以搭接到垂尾頂端

▲也可以在機(jī)身上搭接。用于運(yùn)輸機(jī)，可以同時(shí)兼顧上單翼翼下凈空大，簡(jiǎn)易跑道起飛著陸是發(fā)動(dòng)機(jī)不易吸進(jìn)沙土的好處，也有下單翼起落架短、橫距寬大的好處

▲還可以從機(jī)翼中段搭接

▲甚至搭接了再用小翼

11.環(huán)形翼：

翼梢小翼、C 形翼、矩形翼、搭接翼都已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的平面翼范疇，古老的雙翼（還有三翼）也是一樣，不過最特別的非平面翼或許是環(huán)形翼。

▲但機(jī)翼也可以是環(huán)形的，這是法國(guó)C-450研究機(jī)

▲C-450成功地飛起來過

環(huán)形翼的翼展不容易增加，否則將成為大而無(wú)當(dāng)?shù)木薮髨A筒，在設(shè)計(jì)和制造上帶來很多陌生的問題；水平起落時(shí)起落架的設(shè)計(jì)也很困難，人員和貨物的裝卸困難就不提了。

不過機(jī)身不在環(huán)形翼的圓心，而在圓弧的底部，可以避免很多這樣的問題。要是機(jī)體不放在環(huán)形的圓心，要損失一些環(huán)形翼的優(yōu)點(diǎn)，但也避免了很多實(shí)用中的問題，這是環(huán)形翼客機(jī)的構(gòu)想

▲這是洛克希德的環(huán)形翼客機(jī)的概念，把垂尾、環(huán)形翼、搭接翼的概念都融合到一起了

▲矩形翼和環(huán)形翼之間當(dāng)然就是橢圓形翼

▲橢圓形翼也可以用于客機(jī)

12.串列翼：

雙翼有兩個(gè)翼面，但這兩個(gè)翼面既可以一上一下，也可以一前一后，也就是串列翼。串列翼可以看作極大加大的鴨翼，但鴨翼主要用于產(chǎn)生配平和俯仰控制力矩，而串列翼的前翼主要是用于產(chǎn)生升力的。串列翼通常在上下方向也錯(cuò)開一點(diǎn)，通常是前翼下置，后翼上置，這樣前翼的下洗氣流不至于對(duì)后翼造成不利影響。

▲機(jī)翼可以一上一下，也就可以一前一后，這就是串列翼

如果設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑?，也可以有意識(shí)地利用前翼的下洗氣流為后機(jī)翼上表面的氣流加速，增強(qiáng)后翼的升力，這樣的話，前翼就要上置，而后翼下置。和上下的雙翼相比，串列翼的兩個(gè)機(jī)翼大小、形狀都比較自由，前后間距也比較自由，既可以拉開，使兩個(gè)機(jī)翼之間的不利氣動(dòng)干擾也減小，也可以拉近，有意識(shí)地利用增升效應(yīng)。

▲前下后上的串列翼可以避開下洗氣流的影響，最大限度地避免兩個(gè)機(jī)翼的交互作用

最主要的是，串列翼像抬轎子一樣，一前一后產(chǎn)生升力，而重心居于兩者之間，很容易在產(chǎn)生升力的同時(shí)維持飛機(jī)的平衡，避免了配平阻力。

▲串列翼最重要的特點(diǎn)是前后機(jī)翼都產(chǎn)生升力，這是與鴨翼最大的不同

相比之下，雙翼機(jī)或者常規(guī)的單翼機(jī)都像騎獨(dú)輪車，重心和升力中心之間的相對(duì)位置必須小心控制。串列翼的缺點(diǎn)也是重量和濕面積引起的阻力，但在低速飛機(jī)上這個(gè)問題不大，魯坦的巡航時(shí)間達(dá) 18 小時(shí)的超長(zhǎng)航時(shí)“海神之子”（也稱“普羅提烏斯”）飛機(jī)就是串列翼的。

▲魯坦的“海神之子”超長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)也是串列翼

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