双翼机
具有上下并列配置的两副机翼的飞机
双翼机(Biplane),是具有上下并列配置的两副机翼的飞机。
1903年,莱特兄弟制造出“飞行者一号”,双翼机登上航天舞台。1916年3月,德国研制的“哥达”GII双翼战略轰炸机,成功试飞。1923年9月,寇蒂斯公司应美国陆军的要求开发了原型机PW-8双翼机。1934年,德国亨舍尔飞机公司研制出的全金属结构双翼俯冲轰炸机。
简介
最初人们吸取桥梁建造方面的经验,把上下机翼通过支柱和张线联成一个桁架梁,增加结构受力高度,以提高机翼刚度,减轻结构重量。这些优点使双翼机成为早期飞机的主要型式。随着飞机速度的不断提高,双翼机支柱和张线的阻力越来越大,成为提高速度的主要障碍。高强度铝合金问世后,人们已有可能制造出结构重量不太大而又能承受大载荷的薄机翼。从20世纪30年代起,双翼机逐渐被单翼机取代。在现代的飞机中,除对载重量和低速性能有特殊要求的小型飞机外,双翼机已不多见。
结构特点
有上下并列配置的两副机翼的飞机。两副机翼前后配置的飞机称串翼机。双翼机的上下机翼用支柱和张线连成一个承力的整体,组成一个空间桁架结构。双翼机是旧式飞机。
发展历史
双翼机的辉煌
第一次世界大战中,飞机正式进入了军事领域,战争的需要对航空技术的发展起到了很大的推动作用。但当大战结束之后,胜败双方均感到精疲力倦,在大多数领域都出现了较长时期的停滞不前,航空工业也不例外。因此二十年代的前半期,除了民用飞机有技术上的进步外,军用飞机基本停留在一战时期的水平上,技术进步缓慢,双翼飞机仍占据重要地位。直到二十年代后半期,世界航空工业才有了大发展,这在航空史上称之为航空的“黄金时代”。在那段岁月里,很多国家研制出数以百计的创记录专用飞机,创造了不少各种飞行记录,为日后设计新型飞机奠定了坚实的技术基础和积累了许多宝贵的资料。
从飞机开始走上战争舞台到三十年代初期,战斗机的主流还是双翼机,其实作为人类初期航空的尝试,第一次世界人战中也出现过单翼战斗机,如航空史上第一次装上机枪射击协调器的战斗机就是德国的福克E-Ⅲ单翼机。不过由于结构、材料和工艺等方面的限制,当时单冀战斗机性能还不如双翼战斗机,飞行员更喜欢那些操纵稳定、结构可靠、机动灵活的双翼机,因此直到战争结束单翼机也未得到广泛应用。
这种情况一直延续到三十年代的到来。第一次世界大战结束后,美国由于远离欧洲主战场未被战火殃及,经济损失不大,而且通过出售军火大发其财。因此能够有充足的财力结合从战争中吸取到的航空技术、空战战术的经验加速发展它的肮空工业。二十年代中期,寇蒂斯和波音公司两家公司成为当时美国主要战斗机的生产厂商。像Hawk飞机和P-40战鹰等都是他们研发的,波音也生产出第一种星型气冷式发动机的双翼战斗机P-12。后来随着金属加工工艺的进步,又改良采用了全金属的硬壳式机身,改用了气动外形和冷却效果都更佳的环形发动机整流罩,使速度达到306公里/小时,它与第一代双翼机比有了质的飞跃,也迎来了双翼战斗机史上的里程碑。
单翼机的挑战
三十年代初期,由于材料技术的限制,双翼机依旧保留了四至六幅翼内支架和一些翼间张线,甚至单冀机有时也有支架或张线,这样虽然保证了结构强度,但同时也产生了不少阻力。随着发动机改良带来的功率增大和各种金属材料以及相应加工工艺的改进,配合科学家们在气动学领域的研究成果,工程界与学术界联合起来克服空气阻力,迎接流线型外形的新时代来临了。三十年代初期,各国在充分挖掘双翼机潜力的同时,也提出了研制速度更快的下单翼战斗机,同时为了便于设置起落架和维护武器装备等原因放弃了上单翼。
后来德国人以亨克尔He一70快速民用机的布局为参考,研制出海鸥翼型、起落架收人机翼内的张臂式下单翼He-112战斗机,并一改原来战斗机只装两挺7.6毫米机关枪的惯例,装备4挺7.6毫米机枪。其中两挺装在机头上部,两挺装在机翼上(后改为20毫米航空机炮),速度达到450公里/小时,成为当时世界上第一架批生产实用型单冀战斗机。按照科学发展的规律,新的事物出现后,往往还是有其不完备之处,还需要不断的改善、巩固。在此时期,旧的事物还是会继续存在并再作最后的改善而相互并存。直至新的事物证明确实完备了,旧的才会彻底退出历史舞台,这在航空发展史上也不例外。下单翼张臂式战斗机出现的初期,由于其水平机动性七存在着一些固有缺陷,自然还不如双翼飞机优越,因此双翼战斗机仍然能在继续改进中继续发挥其优势,并在各国军队以及国际军售中占主导地位。
后来通过中国和西班牙两个战场,战斗机在技术、设计和空战战术上都得到了宝贵的经验。而对当时空战情况进行的进步总结和不断的实践,证实了下单翼张臂式战斗机是未来战斗机发展的趋势。随着日本又在上海发动“八一三”事变,虽然中原地区在事前也有所准备,但很不充分。紧急间才于8月14日将空军主力部队东调。是日,中国空军4大队的霍克-Ⅲ双翼战斗机和来犯日本海军航空队无护航的轰炸机杭州市上空发生激烈空战,击落了31架日本三菱96陆攻(G3M)轰炸机。
但由于技术的发展除了航空发动机的功率加大,提高了飞机的速度外,还由于航空材料的发展,强度计算方法的改进和设计经验的积累,以及采用刹车装置和增升装置,克服了单翼机早期存在的缺陷,从而使它的气动力优势开始显示出来。尤其来到40年代后,堀越二郎设计的零式战斗机出来了,一度成为世界上最先进的战机,那些曾经风靡一时,双翼机也早已无影无踪,一直到了今天航空技术发展到了第五代战斗机
二战时期的机型
苏联:别-2舰载侦察机,伊15驱逐机,波2教练机/联络机/救护机/夜间袭扰机,安2运输机。
意大利:菲亚特CR.30/32/42战斗机,Ro.43/44舰载侦察机,Ro.37双座战斗/对地攻击/观察/联络/救护机。
英国:斯蒂尔曼式,格罗斯特角斗士战斗机,费利大青花鱼鱼雷轰炸机,费利箭鱼舰载鱼雷轰炸机,德哈韦兰D.H87”虎蛾“联络机,超马林“海”侦察/搜索救援机,超马林“海象”舰载侦察机,“长尾鲛”舰载侦察机,“海狐”舰载侦察机。
日本:川西E7K海军“94”式水上侦察机,中岛E8N2海军“95”式水上侦察机,爱知E11A1海军“98”式水上侦察机,三菱F1M海军“0”式观察水上飞机,Ki-3川崎93单发轻轰炸机,中岛Ki-4陆军“94”式侦察机,笠川Ki-9陆军“95-1”中级教练机,笠川Ki-17陆军“93-3”式初级教练机,川崎Ki-10陆军“95”式战斗机。
美国:霍克III战斗机,海鸭舰载侦察机。
双翼机的机型还有很多,以上列举最出名的几个种类。
局限性
早期飞机发动机功率低、重量大,建造机体的材料大多是木材和蒙布。在低速度条件下产生足够的升力,需要较大面积的机翼。双翼机有两个翼面,机翼总面积较大。随着飞机速度的不断提高,双翼机机翼及支柱的阻力越来越大,成为提高速度的主要障碍。
趣闻
据有关媒体2007年1月23日报道,当莱特兄弟首次驾驶着双翼飞机上天时,他们可能不会想到人类首架飞机的设计外观在1亿2500万年前就出现了。对最早长有羽毛恐龙的一项新研究显示,这种恐龙可能有一对上翼和下翼,它们的样子很像早期的双翼飞机。现在人们普遍认为这种老式的双翼飞机已经成了过时的稀有品。
这个样子的鸟儿在现代鸟类中已经不复存在,尽管科学家还不清楚这种恐龙是最终进化为现代鸟类还是在“物竞天择,适者生存”的法则下被自然淘汰而走向灭绝。德克萨斯理工大学的中萨克·加特尔吉在本周出版的《美国科学院院刊》网络版上发表的文章中指出,有趣的是这种双翼恐龙很可能是顾氏小盗龙中国科学院徐星在2003年曾对小盗龙的形状做了描述。许星写道:“这种小盗龙的前肢和后腿上长了羽毛,在它滑翔的时候,会把后退伸到后面这样它的一对翅膀就会跑到另一对翅膀的后面,就像差翅亚目一样。”
但是加特尔吉却总结说,一种动物如果想要飞翔的话,做到这些显然还不够。他提醒说这样后腿上的羽毛并不能对着前进的方向。加特尔吉指出重达两磅的这种动物的后腿在飞行过程中可能会耷拉在身体的下面,相反它会生出两对翅膀,其中上面的一对要比下面的一对稍微靠前。
加特尔吉说,另一种会飞的道虎沟足羽龙的腿上也生有羽毛。像猎隼这样的现代福特猛禽的前腿上长有的短毛可以减少它们飞翔时所遇到的阻力。加特尔吉写道:“飞行器设计人员常常不自觉的模仿了自然界中很多飞行动物的特点。现在看来,小盗龙好像很可能在1亿2500万年前就发明了双翼飞机,这比莱特兄弟1903年试飞成功要早得多。”
徐星对加特尔吉的推断也持赞同态度,他说恐龙在从最初向前进化过程中有很多器官被重新“改造”,但是他也补充说:“要核实这种进化的所有细节和了解恐龙的确切样子,我们确实需要更辛苦的工作,只有这样我们才能在计算机甚至风洞中对不同的恐龙形状做对比研究,而这也正是我们现在计划要做的。”
徐星和加特尔吉研究小组没有关系,他补充说:“小盗龙是我们了解飞行起源的关键物种。”马修·卡兰诺是史密斯森博物院国家自然历史博物馆的馆长,他说对恐龙的研究问题都集中在它们后腿的功能上。这个问题研究起来很困难,因为恐龙化石是平的,需要对化石在三维空间中的图像做出解释。卡兰诺也不是加特里尔研究小组的成员,他说小盗龙很可能是动物进化过程中的一个分枝物种,而不是恐龙在向现代鸟类进化过程中必然出现的物种。卡兰诺说:“因为恐龙生活的年代离我们现在实在是太远了,所以清楚的看到这种动物生活的样子非常困难,这似乎根本办不到。但是它却使我们能够创造性的思考一些问题。”
卡兰诺还说常常有一些试验因失败而不得不放弃。同时他还说:“重要的是,因为我们现在可以看到所有的这些长毛的恐龙样子,这在帮助我们思考飞行如何产生演变这个问题上面,某种程度上为我们开启了一小扇门。加特里尔的研究是由德克萨斯理工大学提供基金资助的。
目录
概述
简介
结构特点
发展历史
双翼机的辉煌
单翼机的挑战
二战时期的机型
局限性
趣闻
参考资料