系统性的介绍一下各种与发动机引擎相关的增升机翼设计。本人所学aircraft design的课件,知识产权归TUM所有,原文为英文,个人尽量翻译一些英文词汇,至于一些专业名词我会采取尽量翻译但是我真的不能保证我翻译的就是国内对应的学术词汇,所以我以提供英文原文的方式,以供相应爱好者学习使用。这种设计的英语学名叫做Engine-based high-lift devices。至于为啥会有这种设计呢,一开始人们的需求是需要一个短的起飞和降落距离(通常这个距离小于300m),这也很好理解,使提供与机身重力相对应升力时候飞机的速度越小,这样飞机就更容易在更短的距离起飞与降落。至于这种Engine-based high-lift devices的基本原理呢,主要有三点:Deflection of jet engine exhaust impulse使引擎喷出的高速尾流改变方向,提供向上的升力;Increase of local dynamic pressure on the wing and flap system 提升机翼上下表面的压力差;Control of boundary layer 通过一定的手段对边界层进行控制。既然我们知道要干些什么了,那么下面的工作就是怎么做了,这种结构可以同时达到以上所提三种增升的原理,值得注意的是这种结构不但会提供一个较大的升力,还会额外产生一个更高的俯仰力矩。既然这种结构这么好,那么有没有缺点呢,答案是肯定的,缺点就是需要一个更大的尾翼去平衡这个产生的额外的俯仰力矩,同时因为发动机喷出的高温气流,在选材方面需要选取一些更耐高温的材料。
目前这种设计的气动效率没那么高,直接偏转发动机更可行,效率也更高。利用发动机气流来增加升力的飞机挺多,比如很早的DC-6就是这样。飞机短距起降基本上就是考虑怎么提高飞机襟翼、襟副翼、前缘襟翼等增升装置的效率。如果固定翼飞机需要垂直起降基本上就是矢量喷口或者直接偏转发动机。顺便提一句,吹气襟翼并不是直接利用发动机气流增升的,发动机强劲的气流很有可能直接把开缝襟翼吹掉,吹气襟翼的吹气装置主要是增加附面层能量,延缓襟翼在高迎角时的分离。关于发动机尾气温度,活塞发动机的排气温度不高,通常不需要做特殊处理。大型飞机上的涡扇发动机,在慢车(怠速)状态尾气温度通常300多度、高空巡航时发动机尾气温度根据外界环境温度大概在550-700摄氏度之间,新一代发动机的排气温度会低一些;涡喷发动机在大型飞机上很难见到了,我印象中涡喷尾气温度从慢车到全车大概600-800多度。
想法本质上是想增加废阻(发动机尾喷空气带有的能量属于废阻功率)并将部分转化有效功率,但是这与现今直接降低废阻功率的方法相比,你的能量转化率肯定低。固定翼飞行原理超脱不出经典力学。大家干的事本质上是在效率上做文章,说三点想法相关的:风洞,也是直接通过压气机获得需求的流场条件,风洞一响、黄金万两,你想想这转化率;主动控制,在机翼内部做射流,主要目的是微调边界层;矢量发动机,这是能达到你飞行需求的固定翼目前实现方案,F35做一次垂直起降耗油率巨高,具体数我忘了,但我想能量转化率肯定也高于你的想法。





