Las alas de caza incluyen alas rectas, alas delta, alas en flecha, alas en flecha hacia adelante, alas de diamante y alas en flecha variable. ¿Alguien puede explicarnos los pros y los contras de las diferentes alas?
Posteriormente se desarrollaron alas en flecha. Un ala en flecha es una configuración simple de ala recta que se utiliza para reducir la resistencia. El ángulo de barrido puede reducir la resistencia al tiempo que garantiza el área de elevación tanto como sea posible y se ajusta a la dirección de deslizamiento de la capa límite para mejorar el rendimiento a alta velocidad. Esta es la solución de aceleración más básica. La desventaja es que el borde de fuga del diseño inicial tiene un rendimiento aerodinámico deficiente, una sección transversal delgada y un área pequeña. Una vez que se aumenta el área del ala, surgen problemas estructurales porque es demasiado larga, por lo que el límite de sustentación disponible es menor. La apariencia característica es que los bordes delantero y trasero están barridos hacia atrás, pero esto es más común en bombarderos y cazabombarderos. Actualmente sólo hay dos cazas aire-aire modernos en servicio que utilizan alas en flecha, el Su-27 y el MiG-29, pero los ángulos de barrido de su borde de fuga son pequeños. Entonces, a diferencia de lo que se anunciaba, la maniobrabilidad de estos dos aviones es extremadamente mala. El Su-27 fue ridiculizado por los pilotos griegos como "como un elefante borracho" al elegir una salida, mientras que el MiG-29 fue seleccionado al mismo tiempo. Pero por ahora, el MiG-29 sigue siendo el techo del rendimiento de vuelo de combate aéreo de los aviones soviéticos que han alcanzado efectividad en combate.
Existe una variante de ala en flecha muy famosa, como el ala en flecha variable utilizada en F-14, MiG-23, Gale y otros aviones. Debido a su gran ángulo de variación, durante el período de transición del diseño de aeronaves, tiene tanto el rendimiento a baja velocidad de un ala casi recta como el rango de rendimiento a alta velocidad de un ala en flecha de gran ángulo. Sin embargo, debido a la alta dificultad técnica, la baja confiabilidad, la estructura pesada, la corta vida útil y el bajo coeficiente de carga de combustible.
Basado en el problema del área de las primeras alas en flecha, la solución de tercera generación es el ala delta. El perfil aerodinámico se caracteriza por un triángulo típico, con el borde de ataque barrido hacia atrás en un ángulo grande y el borde de salida barrido hacia adelante en un ángulo pequeño (pero algunas alas no son completamente triangulares debido a diseños modificados, como puntas cortantes). La ventaja del ala delta es aumentar el área de sustentación y al mismo tiempo garantizar el mismo rendimiento de baja resistencia que el ala en flecha. Además, debido a las ventajas inherentes de las características geométricas triangulares y al problema de la separación del aire en las puntas de las alas, los requisitos técnicos y la dificultad de control de las alas delta son tan bajos como los de las alas planas. Esta es la razón por la que la mayoría de los aviones de segunda y segunda generación. el uso a medio plazo de alas delta. Sin embargo, debido a la gran área de la raíz del ala, el centro de sustentación del ala delta se mueve hacia atrás y es propenso a entrar en pérdida, lo que dificulta su desempeño en condiciones de vuelo a baja velocidad que requieren un gran ángulo de ataque. Por lo tanto, como mejora a medio plazo, han surgido dos variantes de alas, una es un ala doble delta con ángulos dobles en el borde de ataque (salida) y la otra es un generador de vórtices que genera vórtices de escape. Para acelerar el flujo de aire sobre el ala para aumentar la sustentación y evitar que el flujo de aire se detenga y se separe en grandes ángulos de ataque (pero el rango de expansión es limitado), existen dos distinciones. Uno es el ala de borde desarrollada en el experimento del ala doble delta. Difícilmente puede entrar en pérdida y puede generar un vórtice de separación limpio y estable con un costo de arrastre extremadamente bajo. Actualmente es el mejor generador de vórtice (pero la eficiencia real varía según el nivel de diseño aerodinámico). cambia significativamente). El otro es el "canard" en la superficie de control horizontal frontal, con el que los chinos están familiarizados. Debido a su principal problema, después de instalar un ala delta grande, no hay espacio para instalar una cola debido a restricciones de longitud, lo que resulta en defectos de ajuste y problemas de elevación de vórtice en el diseño del ala delta sin cola. La relación de sustentación y resistencia y la masa del vórtice son peores que las del ala de borde, y el ala entra en pérdida frente al ala principal en ángulos de ataque elevados. Después del ajuste, el ala principal perderá sustentación en vórtice y entrará en pérdida. Además de los defectos inherentes, como la interferencia adversa inevitable con el ala principal y la resistencia excesiva en tiempos de paz, se utiliza principalmente para cazas de tamaño mediano y bombarderos pesados que realizan misiones limitadas. Además, sólo hay un avión activo que utiliza bulos, el J-20.
A finales de la década de 1970, el nivel de diseño aerodinámico en los Estados Unidos logró un gran avance, que se manifestó en el diseño asistido por computadora y la optimización de varios sensores, haciendo posible una aerodinámica compleja y una simulación aerodinámica precisa. Sobre esta base, se diseñó un ala trapezoidal con ángulos optimizados en los bordes delantero y trasero. Sus características de forma son el borde de ataque hacia atrás o el borde de salida hacia adelante.
Mediante cálculos precisos, se puede determinar el borde de ataque óptimo, el ángulo del borde de salida y la sección transversal óptima que cumplen con los indicadores de rendimiento del diseño, y el fenómeno de separación del flujo de aire en la punta del ala se puede eliminar mediante la modificación de la superficie del ala para maximizar el área del ala. Por lo tanto, el excelente diseño del ala trapezoidal puede lograr baja resistencia, alta sustentación y alta adaptabilidad a diversas velocidades sin requerir grandes ángulos de barrido hacia adelante ni relaciones de área, y se ha convertido en el ala principal de los aviones de cuarta generación. Como representante de la nueva era de los aviones de combate estadounidenses, esta tecnología se ha aplicado al F-16 y al F-18, convirtiéndose en dos grandes monstruos de las peleas de perros. El monstruo de energía F-16 solo necesita un ángulo de ataque de 9 grados para lograr giros continuos con un radio pequeño de más de 9G, mientras que el monstruo de ángulo F-18 puede hacer que la PSM (maniobra posterior a la pérdida) sea mejor que el Su-35. Sin empuje vectorial Aún más interesante, también es el único teléfono de cuarta generación que puede PSM. El ala de diamante es una variación del ala trapezoidal, con un gran ángulo de barrido en el borde de ataque y un gran ángulo de barrido en el borde de salida. Actualmente, sólo el YF-23 utiliza este diseño de ala. En comparación con las alas trapezoidales tradicionales, tiene un área más grande y menos resistencia, lo que la hace más adecuada para el diseño sigiloso. Sin embargo, debido a que la raíz del ala es más larga que el ala delta y el ángulo de ataque es el mismo (o incluso peor) que el ala delta, el YF-23 finalmente no fue tan maniobrable como el F-22 y no fue seleccionado. Después de la revolución del diseño aerodinámico de cuarta generación, aparecieron muchos perfiles aerodinámicos intermedios entre las alas delta y las alas trapezoidales debido a diseños modificados. En términos generales, un ala delta con un ángulo de borde de ataque mayor y una diferencia mayor en la longitud de la raíz de la punta del ala es un ala delta truncada, mientras que un ala trapezoidal es relativamente recta. Los aviones de ala delta tienden a combinar rendimiento supersónico con rendimiento de baja velocidad, mientras que los aviones de ala trapezoidal tienden a combinar rendimiento de baja velocidad con rendimiento supersónico. Además, debido a que es muy difícil diseñar el rendimiento de alta velocidad de un ala trapezoidal, solo Estados Unidos puede diseñar alas trapezoidales de alto rendimiento para aviones de combate aire-aire que Europa, China, Rusia y Japón no tienen. Este nivel de capacidades de diseño (el ala Xiaolong fue proporcionada por los Estados Unidos a finales de la década de 1980, basada en el F-5).
El ala en flecha hacia adelante es una variante del ala propuesta en la era del ala en flecha. Aunque parece de ciencia ficción, el prototipo en realidad tiene una larga historia. La mayoría de los primeros cazas de pistón tenían alas algo inclinadas hacia adelante. La ventaja, o punto de diseño, de un ala barrida hacia adelante es que la dirección del flujo de la capa límite es opuesta a la de un ala barrida, mirando hacia la raíz del ala. Por lo tanto, bajo la premisa de que la raíz del ala no se detendrá debido al flujo de la capa límite, al colocar un perfil aerodinámico extendido detrás de la raíz del ala, se puede obtener sustentación adicional del flujo de aire de alta velocidad, mejorando significativamente la maniobrabilidad de la cola a velocidades supersónicas. . En comparación con un ala en flecha, tiene un mejor límite de pérdida para la misma área y resistencia, pero un peor rendimiento real a alta velocidad, pero no está mal en el panel. Pero las propiedades técnicas son malas. Dado que la punta del ala está delante del cono de choque durante el vuelo supersónico y está sujeta a una gran presión dinámica, se dañará por un gran momento en un ligero ángulo de ataque, incluso si no hay ángulo de ataque. Fenómenos aeroelásticos graves y temblores. El ángulo de barrido del borde de salida teóricamente óptimo es negativo, es decir, nunca será óptimo. Al igual que el ala en flecha, el ángulo de barrido del borde de salida no puede ser menor que el ángulo de barrido del borde de ataque y el área es dura. Debido al problema de fragilidad mencionado anteriormente, solo se puede hacer muy delgado. Por lo tanto, aunque la relación elevación-arrastre en teoría matemática es muy grande, la elevación que se puede generar en condiciones reales sigue siendo mucho menor que la de otros perfiles aerodinámicos de gran superficie, por lo que una vez completado el experimento, se declaró una sentencia de muerte. y dejado de lado. Por supuesto, la gente suele decir que si se mejora la estructura, ¿no estará todavía bien? Sin embargo, esto es una ilusión. Independientemente de las condiciones técnicas, proporcionar fuerza adicional siempre consumirá estructuras adicionales, aumentará el peso, aumentará la dificultad técnica y reducirá la preparación para el combate, por lo que nunca producirá más beneficios cuando sea innecesario.
Además, hay un perfil aerodinámico especial que es un perfil aerodinámico compuesto, como la curvatura variable, el grosor variable y el ángulo de ataque variable del F-15. El ala del F-15 no pertenece a ningún perfil aerodinámico, sino que es un monstruo empalmado que combina las características de varias alas. El lado interior del ala es un ala delta, el lado exterior es un ala ligeramente curvada y el borde de salida de la punta del ala tiene un ángulo de barrido hacia adelante. Se puede decir que es un diseño que incorpora las matemáticas de finales de los años 1960. Por supuesto, es un diseño que combina las características de varias alas.
Excluyendo la elevación adicional de 40 que aporta el cuerpo de elevación general (quiero mencionar una broma aquí, el F-15 tiene un diseño de cuerpo de elevación general oculto. A velocidades superiores a 400 kilómetros o cuando la entrada variable se baja manualmente, el fuselaje se volverá El cuerpo de elevación, incluso si se le quitan las dos alas, aún puede volar, y en la historia se ha logrado un regreso con una sola ala. El área del ala es de solo 56 metros cuadrados, que es más que los 62 metros cuadrados del ala sin ella). cualquier medio de elevación. La elevación de las franjas laterales que imitan al F-16 es más de un 30% mayor que la del Su-27 con un cuerpo de elevación central (de hecho, el Su-27 también es un monstruo empalmado que roba varias configuraciones del American F-X y las alas del avión soviético de tercera generación (se puede decir que son los hermanos ilegítimos F-15), y utilizó esto como punto de partida para diseñar un ala de tres variables a partir de cada detalle del ala. Además, varios bocetos de aviones nuevos y UAV X-58 publicados en los últimos años también incluyen perfiles aerodinámicos compuestos con un rombo interior y un barrido exterior.