Question

战机的机翼有平直翼、三角翼、后掠翼、前掠翼、菱形翼、变后掠翼。谁能详细讲讲不同机翼的优缺点？

Answer 1

平直机翼是最原始的机翼，其优点是升力大，气功构型最简单，控制方便，相应的内部结构少，重量轻，载油系数大，缺点就是因为过于原始简易，没有掠角，速度稍高即出现附面层滑动及气流分离现象导致失速，只能低速飞行，无法适应高速状态的气动。外形特点是，水平向外伸展，前后缘均无掠角或掠角非常小，常见于无人机和私人电风扇。

其后开发的是后掠翼，后掠翼是平直翼简易降阻的构型，通过后掠角在尽量保证升力面积的情况下减小阻力和顺应附面层滑动的方向以提高高速性能，最初级的提速方案。缺点是初期设计后缘气动性能差，截面细长，面积小，增大翼面积后又因为过长而产生结构问题，因此可用升力限度较低。外形特征是前后缘均后掠，但由于稳定性较高，多见于轰炸机和战斗轰炸机，现代使用后掠翼的现役制空战斗机仅有Su-27家族和MiG-29家族两种但后缘后掠角较小，因此与宣传不同，这两种飞机的机动性极其拉垮，Su-27曾在外销选型时被希腊飞行员嘲笑为“像喝醉的大象”，而MiG-29在同一次选型的水平盘旋比较中拉出了比F-16大两倍多的渐开线轨迹而落选。但就目前而言，MiG-29依然是形成作战能力的苏系飞机空战飞行性能的天花板。
后掠翼中有一个非常有名的变体，F-14，MiG-23，狂风等飞机采用的可变后掠翼，由于拥有较大的可变角度，因此在飞机设计的新旧交替时期，同时拥有近平直机翼的低速性能和大角度后掠翼的高速性能区间，但由于技术难度大，可靠性低，结构死重，寿命短难维护，载油系数低，不能挂载武器（或需要可旋转的挂架结构导致增重和不可使用重型挂点）等缺陷，已不再在新机型上使用。
基于早期后掠翼的面积问题，第三代解决方案是三角翼，翼型特征为机翼呈典型的三角形，前缘大角度后掠，后缘平直或小角度前掠（但因切尖等修型设计，一部分机翼并不是完全呈三角形），三角翼优点是在保证了和后掠翼同样的低阻性能的前提下增加了升力面积，并且由于三角形几何特点的先天优势以及先天不用处理翼尖气流分离的问题，三角翼的技术要求和控制难度可谓和平直翼一样的低，这也是为何大多数中期二代机和二流三代机都使用三角翼的原因。但是，三角翼由于翼根面积极大，升力中心靠后，因此很容易在一定攻角下出现翼根气流分离而失速，在需要较大攻角的低速飞行状态时难以发挥性能，因此作为中期升级，出现了两种变体机翼，一种是前（后）缘双角度的双三角翼，另一种则以涡流发生器产生脱体涡，以加速机翼上方气流增大升力和在高攻角时防止气流失速而分离（但扩大范围有限），在此之上，又出现了两种分化，一种是在双三角翼的实验中研发的边条翼，由于掠角极大，因此几乎不会失速且能以极低的阻力代价产生干净稳定的脱体涡，是目前最好的涡流发生器类型（但实际效率随气动设计水平变化很大）。另一种是国人最熟悉的前置水平控制面的“鸭翼”，因其主要解决的问题点在于小型飞机由于长度限制在安装大型三角翼后没有空间再安装尾翼，进而产生的无尾三角翼布局的配平缺陷和涡升力问题，升阻比和涡流质量均比边条翼差，且有高攻角比主翼先失速，配平后又会导致主翼失去涡升力失速，以及配平时不可避免地对主翼产生相反的不利扰动和阻力过大等先天缺陷，因此多用于执行有限任务的中型战斗机和重型轰炸机，在此之外使用鸭翼的现役飞机仅有J-20一种。

70年代后期美国的气动设计水准取得重大突破，其代表是计算机辅助设计和各种传感器的优化，使得复杂气动和精确的气动模拟成为可行，在此基础上，前后缘优化角度的梯形翼被设计出来，其外观特征为前缘后掠后缘平直或前掠，由于通过精确推算，可以确定符合设计性能指标的前缘后缘最佳角度和最佳截面，并且翼尖气流分离的现象也通过翼面修型消除和最大化利用机翼面积，不需要依靠三角翼的小翼展来进行回避。因此优秀的梯形翼设计不需要很大的前掠角和面积率即可达成低阻、大升力、各种空速的高度适应性使之成为高配四代机的主流机翼，作为美国新时代战斗机的代表，该技术被应用在F-16和F-18上，成就了两大狗斗怪兽，能量怪兽F-16仅需要9度的攻角即可达成9G以上的小半径持续转弯，而角度怪兽F-18在没有矢量推力的前提下可以做到比Su-35更骚的PSM（过失速机动）也是唯一能进行PSM的四代机。菱形翼是梯形翼的变种，前缘大角度后掠和后缘大角度前掠，目前仅有YF-23采用这一机翼设计，比起传统梯形翼它的面积更大，阻力更小，并且更适合进行隐身化设计，但由于翼根比三角翼还长，最终产生了和三角翼一样坑的攻角问题（甚至更严重），最终YF-23在机动性上严重劣于F-22而落选。在第四代气动设计革命后，由于修型设计，三角翼和梯形翼存在很多中间翼型，一般而言，前缘角度大，翼尖翼根长度区别很大的为切尖三角翼，而较为平直的为梯形翼。三角翼飞机倾向于超音速性能兼顾低速性能，而梯形翼飞机倾向于中低速性能兼顾超音速性能。此外，由于梯形翼高速性能设计难度很大，因此只有美国能设计制空战斗机用的高性能梯形翼，欧中俄日均无该级别的设计能力（枭龙的机翼为美国于80年代末提供，基于F-5）。
前掠翼是一种后掠翼时代被提出的变种机翼，虽然看上去很科幻，但是实际上雏形已经很有历史了，早期大部分活塞式战机的机翼都有点前掠。前掠翼的优点，或者说设计点在于附面层流动方向与后掠翼相反，朝向翼根方向，因此在不会因附面层流动产生翼根失速的前提下，在翼根后方设置延伸翼面可获得高速气流的升力加成，在超音速下显著提高尾翼的操控性，相比后掠翼在同等面积和阻力下拥有更优秀的失速界限，但它实际的高速性能很差——但不是面板差，而是工程特性很差，由于在超音速飞行下翼尖在激波椎体前方，承受极大的动压，稍有攻角就会因为巨大的力矩而损坏，即使没有攻角也会产生严重的气弹现象而震颤，后缘理论最优前掠角是负值，也就是永远达不到最优，并且和后掠翼一样，后缘掠角不能小于前缘掠角，面积硬伤，且由于前面所说的脆弱问题，只能做得很薄，因此升阻比虽然数学上的理论值很大但在实际条件下能产生的升力依然远远不如其他大面积翼型，因此在实验完成后即宣告死刑，束之高阁。当然常有人说，如果结构增强，那岂不是依然可用？但这是一厢情愿的观点，无论在任何技术条件下，提供额外强度永远都要付出额外的结构代价，增重，增加工艺难度，降低整备性，因此在不必要的情况下绝不会产生更多的好处。

此外，还有一种特殊翼型是复合翼型，例如F-15的变弯度变厚度变攻角机翼，F-15的机翼不属于任何单一翼型而是一种结合了各种机翼特点的拼接怪，机翼内侧是三角翼而外侧为小角度后掠翼，翼尖后缘还有前掠角，可以说是集60年代末的数学之所能的设计，当然它的性能也不负众望，在不计入整体升力体带来40%的额外升力（这里要提个梗，F-15拥有隐藏很深的整体升力体设计，在400公里以上速度或手动放下可变进气道口时机身会变成升力体，即使拆除两个机翼也一样可以飞行，历史上曾达成过一次单翼返航），仅有56平米的机翼面积，无任何增升手段的情况下比拥有62平米的机翼面积，仿F-16边条增升和中央升力体的Su-27升力大了整的30%多（实际上Su-27也是偷美国F-X各种构型和苏联三代机机翼的拼接怪，可以说是F-15的流浪在外的私生兄弟），并且以它作为起点，从机翼每处细节单独设计的三变机翼，再到机身各处修型的整体升力体成为了美国五代机的标配。此外，内侧菱形，外侧后掠的复合翼型也见于近年公开的各种新型飞机的草图和X-58无人机上。

Answer 2

平直翼 优点：稳定性好 省油 增加留空时间 多为无人机采用 缺点：占地面积大 不便于存放
三角翼 优点：我国的歼十 印度的LCA 法国幻影 阵风 欧洲台风 都是这种布局 三代战机主流布局 低速机动性非常好 挂载能力强 具备一定的短距起降能力 缺点：雷达反射截面大 高速性能一般
后掠翼 优点：跨音速 超音速表现好 适合高空高速突防 缺点：起飞滑跑距离长 低速机动性差
前掠翼 优点：短距起降 超机动性 雷达反射截面少 缺点：技术太过复杂 运用的少 缺点也就暴露的少
菱形翼 优点：超机动性 隐身 高科技的东西 掌握这种技术的国家目前只有美俄 以色列 缺点：没什么缺点 就是太贵太烧钱
变后掠翼 准确的说应该是可变后掠翼 代表机型是美国已经退役的F14和F111 优点：起飞时充分展开机翼获得最大升限 减少起飞距离 低速机动性也不错 高速突防时收起机翼 提高跨音速超音速能力 可以说一机兼具了两种特性 缺点：结构复杂 故障多 维护成本高 目前只有美俄掌握了这项技术！