二戰中的獨特飛機，巧妙運用氣動外型理論，對航空技術起到奠基

一、飛機的氣動外型理論概念

自從飛機問世以來，對其性能的不斷改進就成為人類航空事業的一項重要革新，第二次世界大戰是軍事博弈，亦是技術博弈，各國對自己的戰機都有著超前的研製和奠基的技術。例如普遍採用的活塞式發動機到以Me-262為代表的渦輪噴氣式發動機的引擎變革，或者從最初的雙翼轉向單翼等等，即便是同系列中不同型號的細微改革也都是航空技術日新月異積累經驗的發展，其中離不開氣動外型理論的支撐。

德國Me-262復刻機

氣動外形理論實踐於飛機、飛彈等設備也稱氣動布局，同外形構造和大部件的布局與飛機的動態特性及所受到的空氣動力密切相關，是飛機外部總體形態布局與位置的統稱。通俗來說，氣動布局是研究機體翼面、發動機、座艙、武器等具體如何設計製作與布置的理論。

二、氣動外型的常規布局

如蘇德戰爭爆發後，相較於之前服役的伊-16，要求一款更具有飛行速度和機動性的都有明顯提高的戰機。同其他設計師在發動機上下功夫不同，設計師雅克夫列夫從減輕飛機重量和降低飛行阻力的角度考慮，這便用到飛機的幾何外形，本著幾何尺寸最小、有效載荷最大的原開始研究新機型的氣動布局。

飛機的常規布局剖析圖

自萊特兄弟發明第一架飛機開始，常規布局的設計就佔領著整個機型領域，水平尾翼與垂直尾翼置於機翼後部，直至現今，這種常規布局也被世界上大部分飛機採用。至於翼型的形狀也是決定飛機飛行性能的決定因素之一，最初的平剖面空氣動力特性並不突出，很快人們就發現翼剖面呈鳥翼的彎弓形狀，這種單凸翼剖面奠定以後翼型剖面的發展基礎。

翼面積計算公式

凹凸型翼剖面的升力較好，但阻力卻不足而且機翼後部較薄又易彎曲，只能適用低速飛行的飛機。平凸型翼剖面雖在生產上較為方便，空氣動力特性也不錯，但因與前者存在相同的缺陷，目前只小範圍的用於一些低速飛機。不對稱雙凸型翼剖面升力與阻力都較好，構造方面也不錯，在當時廣泛的應用於活塞式飛機。還有對稱的雙凸形翼剖面，中線呈S形，特點是尾部微微翹起，使壓力中心不會前後移動。速度較快的飛機一般採用是最熟悉的層流翼剖面，號稱二戰中綜合性能最好的P-51便是採用這種層流翼剖面而被人津津樂道，它的特點是壓強分布的最低壓強點位於翼剖面靠後的部分，可減低阻力。

美國P-51野馬式戰機

超音速飛機的登場，使翼型剖面發展成菱形和雙弧形，因為這兩種的特點是前端很尖，相對厚度很小很薄，對超音速飛行的阻力非常小，也只適用於超音速飛機，低速下的飛機會因此使起落性能變壞。

後來有人發現如果在機翼前沿根部增加一片達後掠角（四分之一弦線與機身縱軸垂線的夾角，機翼與機身夾角的餘角）的圓弧形的機翼面積，可改善飛機大迎角狀態的升力。

三、擁有格鬥性的鴨式布局

在二戰時由蘇聯研製出一種跳脫常規布局的鴨式布局，是一種十分適合超音速空戰的氣動布局。將水平尾翼移到機頭兩側，前翼和機翼可同時產生升力，縮短起飛距離。其次由於迎角過大，繞過上翼面的氣流流線無法連貫，產生分離渦，機翼的升力產生失速，稱為「臨界迎角」。這種狀態在戰鬥中的優勢是可以使飛機的飛行高度迅速降低，擁有更好的格鬥性，以躲避或調整攻擊角度，所以現在很多國家的空軍中有相當規模的機種是鴨式布局。

中國殲10

​四、三角翼的應用

同樣是二戰時的德國空氣動力學家亞歷山大·李比希研製無尾三角翼，從1921年至1945年間就研製84種非常規設計布局設計，在戰爭期間加入梅塞施密特公司設計Me-163火箭動力三角翼戰鬥機。該戰機在二戰中所有機型中無論是從內部動力結構還是外觀上都屬於較為獨特的，機頭的螺旋槳連接發電機，在飛行時隨著透過內部的氣流而發電，機身中段設置內外套管的大容量燃料罐。兩根套管中是Me-163的動力所在，一個裝著1550公斤的過氧化氫水溶液，另一個裝著468公斤的甲醇，兩種化學劑在大小兩個反應室內產生化學反應，生成向後噴射的水蒸氣，從而又有向前的反作用力。因為甲醇會產生劇毒氣體，所以飛行員全程都要佩戴防毒面具。

德國Me-163戰機

也是為搭配如此獨特的動力裝置，而採用三角翼布局，其優勢在於翼根弦長大，翼根受力相對就小，因此可以酌量採用較薄的機翼，減少高速的阻力。其次，三角翼在翼展接近時，機翼面積較大，翼載就相對較低，這種特性提升飛機的盤旋性能。三角翼是適合高速的機翼，但更適合截擊和高速突防。

五、適合隱身的飛翼布局

既然二戰時期蘇德都研製出獨樹一幟的飛機氣動布局，美國自然也不肯落後，現如今服役的B-2隱形轟炸機就是飛翼布局的代表之作。這種布局沒有水平尾翼與垂直尾翼，簡潔的機身使雷達反射波很弱，據說在雷達上的反映面積只有同類大小飛機的百分之一，這也很好的加強隱身能力。其還安裝一套副翼，該種副翼由上下兩片合成，當飛機需要轉向時，一側的副翼張開，增加阻力，飛機就得到偏轉的力，如果兩側同時張開同等角度，都會增加阻力產生減速板的作用。這種飛翼布局目前只適用於轟炸機，雖然空氣氣動效率高、升阻較大、隱身性能好，但機動性差、操縱效能低。

採用飛翼布局的美國B-20

五、退出舞臺的變後掠布局和氣動外型的重要性

變後掠布局較好的兼顧飛機分別在高速和低速狀態下對氣動外形的要求，但由於其結構複雜性、結構重量的激增，再加上其它一些更為簡單有效的協調飛機高低速之間矛盾的措施使用，已經逐漸退出歷史舞臺。

變後掠布局的飛機

綜上所述，是氣動外形應用於飛機的基本原理，只涉及到機翼的布置，其實只要一切外部客觀形狀都屬於飛機在設計時要考慮的氣動外型理論。要善於運用空氣動力學的原理改變速度，自身動力是一方面，但迎合自然規律也是不可違背的重中之重。