TU-95 strategic bomber气动布局分析
创始人
2025-06-01 15:19:52

苏联武器,外形简洁实用至上。TU-95便是典型代表。今天我们就来浅析一下TU-95的外形设计和其他布局。

1956年,TU-95轰炸机首次进入西方的视野;在六十多年后的今天,多种改进型号的TU-95仍然作为海上巡逻机和战略轰炸机在一线服役(Russia)。

四台涡轮螺旋桨发动机和同轴四叶桨

TU-95拥有8组螺旋桨,最高时速可以超过800km/h。但是与此同时带来了巨大的噪声。TU-95采用的螺旋桨结构比较特殊,是同轴反转结构。咱们先从“最能接受的”螺旋桨结构谈起,传统的单叶螺旋桨是有缺陷的,桨叶较大,所以不能转得太快,速度过快,叶尖就有可能接近音速,从而发生音障,而音障产生的激波就会带来巨大的阻力,从而大大降低发动机的效率。而时代发展,发动机功率是越来越大,为了降低桨叶的转速,只能在涡轮与螺旋桨之间增加了一个变速齿轮,使叶尖的速度不会超过音速,可增加变速齿轮的重量,同样会带来功率的损耗。浆叶在搅动空气时,部分空气变成了反作用力,推动战机前行,但有一部分空气会缠绕在机身上。咋办?图波列夫和米亚西舍夫两大设计局想了一个1+1的点子:在正向旋转的桨叶后增加了一层反转桨叶,也就是同轴反转螺旋桨,两层螺旋桨方向相反,正好可以抵消对方产生的扭矩力,从而产生更大的推力,这样图95涡桨发动机也可以轻轻松松达到900公里每小时。图95的四台NK12涡桨发动机额定功率达14000马力,极限功率甚至可达18000马力,四台NK12总功率就是7.2万马力。

35度后掠翼

后掠翼的理论最初由德国人在1930年代提出,第二次世界大战期间,使用后掠翼设计的飞机开始出现,包括德国的Me262战斗机和Me163战斗机。TU-95的机翼向后倾斜了35度,类似于那个时代的喷气式战斗机。后掠翼型好处我们不再赘述。

采用单鳍尾翼

气动效率和舵面稳定性方面,单尾翼不如双尾翼,特别是大迎角状态下,所以很多单尾翼战斗机都加装了腹鳍加以改善控制。腹鳍在飞机上,就是一个气动部件,用于增加横向稳定性的部件,和飞机的垂尾一起作为飞机横向稳定性的支柱,腹鳍在飞机上出现很早,也很广泛,尤其在战斗机上,比如歼-7,歼-8,歼-10,苏-27,F-16等等。从理论上来说,垂尾足够大,就可以不需要腹鳍,但是垂尾造的太大,重量太大,难度也大,变形也大,刚度也差,影响性能比较多,1加1并不一定等于2。腹鳍的存在也有独特的优势,腹鳍在飞机后机身下方,在飞机正常飞行或者大迎角飞行时候,完全不受影响,而垂尾在大迎角飞行时候,受到机身的遮挡,往往会出现操纵效率降低的难题,而腹鳍从来没有这种干扰。

腹鳍相当于陆生动物的后肢,具有协助背鳍、臀鳍维持鱼体平衡和辅助鱼体升降拐弯。腹鳍(pelvic fins)相当于垂直尾翼,侧滑时起增加飞机航向稳定性的作用。腹鳍还可以抵消一部分垂尾侧向力对机身的扭矩,减少机身扭转变形。

腹鳍是设置在飞机尾腹部顺着气流方向的薄片状翼面,其在飞机上的主要作用有:

1.对垂直尾翼功能的增补。尾鳍能够在飞机侧滑的时候起到增加航向稳定性的作用。

2.大迎角条件下,腹鳍的气动效率优于垂直尾翼。在大迎角条件下,垂直尾翼受到机翼和机身的遮蔽,航向稳定性下降,而腹鳍则无明显影响。

3.减少机身扭转变形。腹鳍可以抵消一部分垂直尾翼侧向力对机身的扭矩。

箭翼

箭形机翼(arrow wing)简称箭形翼,是前后缘都后掠、根梢比为零的机翼,该机翼为一种理论平面形状。由于它的后掠角大,根梢比极小,在迎角不很大时就会发生翼梢分离。所以,实际飞机并不采用。真正使用的是翼梢为有限长的后掠翼或切尖三角翼。

有趣的是,“核动力飞机”的确出现过,TU-95LAL上安装了一个小型的核反应堆,用作试验机。

部分资料来自:

Tupolev PJSC

bbc.com

百度坊间纪实百家号

在此一并致谢 Большое спасибо.

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