乱云飞渡仍从容！战机巧用气动弹性，与气流“和平相处”

　　“空气动力学”不少人听说过，可提到“气动弹性”这个专业名词，估计大多数人都很陌生。它看不见、摸不着，但生活中处处能捕捉到它的影子。迎风飘扬的红旗、风中晃动的电线、遭遇气流颠簸的飞机……这些都是气动弹性现象。

　　众所周知，飞机是通过发动机产生的推力转换成机翼升力来实现空中飞行。战机为了在空中格斗中占据优势，需要在高速飞行状态下完成各种眼花缭乱的机动翻滚动作。这时，气动弹性效应会使机翼发生变形和剧烈抖动，如果飞行员操作不当，可能会导致飞机失控，甚至坠毁。

　　因此，如何高效控制气动弹性，如何让飞机与气流“和平相处”，同时变不利为有利，利用气动弹性提升飞机性能，就成了飞行器研究领域一个无法回避、必须应对的课题。

　　航天科工集团三院设计师刘燚为您解读——

　　巧用气动弹性：乱云飞渡仍从容

　　■解放军报特约记者 张容瑢 通讯员 张宗博 王 旭

　　颤振，飞机事故的制造者

　　说到飞行第一人，大多数人脑海中都会浮现出一个名字——莱特兄弟。其实，在莱特兄弟试飞前9天，美国“航空先驱”兰利教授也进行了一次飞行试验。

　　遗憾的是，他的“空中旅行者”号飞机在起飞没多久，因气动弹性效应机翼发生变形折断，最终在飞行1006米后坠落水面，人类历史上第一次有动力的飞行试验失败了。

　　那时，兰利教授非常苦恼，百思不得其解。9天后，莱特兄弟的飞机试飞成功，报纸广泛报道了这则新闻，莱特兄弟一夜红遍美国，而兰利教授的这次失败很快淡出人们的视野。然而，从兰利试飞的角度上看，气动弹性伴随着飞行器发展的全过程，是不争的事实。

　　斗转星移。当体验过飞行的快感，人类便一发不可收拾。一战爆发后，军用飞机的投入使用，更是加速了这一进程。与此同时，机翼颤振问题变得更加突出，不少新型飞机因此折翅空天。

　　颤振是飞机气动弹性力学中最重要也是最难以准确预判的一种现象。飞机飞行到一定速度后，周遭气流和机体相互作用会引起剧烈振动，出现颤振现象。如果飞机进入颤振状态后，振动幅度不断加大，机翼结构就会损坏。

　　一战时，英军和德军的轰炸机在高速俯冲过程中，尾翼时常发生剧烈的颤振现象，不少轰炸机失去控制，最终坠毁。

　　德国曾有两种战斗机因颤振问题发生了致命事故：一种是“信天翁”D.Ⅲ飞机，另一种是“福克”D.Ⅷ飞机。后者是一种悬臂式单翼机，投入战争后接二连三地在高速俯冲时，发生颤振坠毁事故。

　　为此，设计师对“福克”D.Ⅷ的机翼进行了强度试验，结论是其强度足以承受6倍设计载荷。这时，设计师意识到，一味地增强飞机机翼在静止状态下的强度，而不去考虑飞行振动时的强度，是无法解决这个问题的。

　　但是，囿于当时人类航空工业技术薄弱，以至于发现了飞机颤振问题，却没有能力搞清机理并彻底解决，设计师只能以增加结构重量提高飞机的强度，回避颤振问题。

　　二战期间，出现了第一批超音速飞机，人类飞行进入超音速时代。一些设计师为了追求速度，想方设法降低机翼的重量。随之带来的后果是，机翼抗变形能力随之减弱，飞机颤振现象再次凸显。

　　气动弹性力学作为一个分支学科，也正是在那个年代初步形成的。气动弹性力学工程师要做的是，减少颤振现象对飞机的影响，提高飞机飞行速度和安全性。

　　与其对抗扭转效应，不如利用气动弹性

　　“流动的空气是如何影响飞机的？”德国哥廷根气动弹性研究所是该方向全球领先的机构，他们很早就开始了气动弹性力学的研究，并取得了不少成果。

　　那个困扰兰利教授的坠机之谜，终于有了更为清晰的答案——

　　现实中，没有物体是完全刚性的，这点尤其体现在飞机机翼上。为了安全航行，气动弹性是非常重要的考量，气动弹性力学就是专门用来研究这个问题的。飞机在飞行过程中，气流会给机翼向上的升力让其向上倾斜，如果机翼不能自然弯曲就会导致飞行事故的发生。

　　兰利教授设计的单翼机，机翼容易发生扭转，因此受到气动弹性的不利影响较大，而莱特兄弟设计的双翼柔性机，无形中避免了气动弹性的不利影响，实现了人类首次飞行。

　　兰利教授败于气动弹性之手，莱特兄弟却功成于此。若不是气动弹性问题，兰利教授可能要取代莱特兄弟成为飞行第一人。