自由翼飞机

在我国首艘航母辽宁号航空母舰的正式下水服役后，为了满足这种适应性和生存力非常强大的多功能战机需求，除了常规舰载机J-15之外，这种具备垂直/短距起降能力，适应战场快速展开；可高速巡航飞行，具有较大的运输载荷和航程，及时展开搜救、预警和运输任务；亦能挂载导弹和航炮，具备空战和对地作战能力的综合多样性战机的发展成为一种迫切的需求。

鉴于这类垂直/短距起降飞机的任务适应性好、生存力强、机动性好的优点，实现的方案有很多，可采用矢量发动机或旋翼，实现垂直起降；增大飞机机翼面积，多段翼分离流动控制，实现短距起降；增大飞机离地升力系数，采用自由翼，实现短距起降；利用“边界层吸附效应”提高升力，实现短距起降；舰载机的弹射发射或倾斜导轨起飞等等。

对于我国当前国际形势和航空工业发展现状，需要发展多种功能和用途的型号飞机，但又尤其在发动机等某些重大技术发展受限制的情况下，采用推力矢量发动机来实现短距/垂直起降还不太现实，所以提出一种采用新型自由翼技术的方案，是个不错的尝试和选择；具有可实现性、可操作性和适用性，能够快速实现该类机型相关技术的突破和发展。对于自由翼技术的研究和发展将对适应短距起降和恶劣环境下的运输机的研制起着十分重要的作用。

自由翼是继固定机翼和旋翼之后，出现的一种新概念的机翼设计形式，它在未来先进航空飞行器包括高机动战斗机的设计和发展方面的应用具有十分重要的前景。自由翼技术代表了飞机设计的原始概念，即像鸟儿一样飞翔，可实现短距起降，减少了对突风的灵敏度和重心变化影响。

自由翼的工作原理是：机翼通过一根展向旋转轴与机身相连接，并且可绕展向轴自由转动，故而称之为自由翼。类似风向标自适应调节阵风或其他突发性相对迎角的改变，而且通过自由翼的升降副翼舵面控制自由翼相对气流的平衡迎角，保持升降副翼偏不变时，无论气流从哪一方向吹来，自由翼的相对于气流的平衡迎角始终保持稳定不变；当需要改变飞机的机翼迎角时，仅需要通过调升降副翼舵偏角来实现自由机翼的转动；当自由翼受到如阵风、紊流等外界扰动影响，一旦扰动消除自由翼又能很快地自动恢复到平衡迎角，可以避免机翼的失速问题，也减小了对阵风、紊流的敏感性。

自由机翼飞行器在飞行时，当机翼受气动力影响后，迎角几乎能保持恒定。相比整架飞行器来说，机翼的惯性矩减小，可以更加便捷地适应来流方向的变化。自由翼的设计表明其具有强劲的突风缓和性和不易失速性。但相应的代价就是，可获得的最大升力系数减小了。试验结果和分析表明，与典型的超轻型飞机相比，自由翼的设计对大气湍流不敏感，也不太可能达到失速。预计这将显著提高安全性和使用性。自由翼的设计具有重要的突风缓和能力。当然，设计参数的选择也是非常重要的。一个选择不当，可能会降低或抵消预期的改善效果。自由翼的设计一般很难出现机翼失速的情况。相对于传统的飞机设计，这项性质是一个安全特征。对于某些外界扰动影响如紊流、阵风等后，一旦扰动消除，无需外界操纵，自由翼能迅速地恢复到平衡迎角。

与此同时，自由翼的气动优势在于：自由翼的平衡迎角可以通过升降副翼来控制，并且可以使自由翼工作在特定需求的迎角状态下；根据任务需求不同，利用最大升力系数或者最佳升阻比，对飞机的短距起降和巡航都十分有利；在实飞过程中自由翼受到的气动力相对旋转轴的俯仰力矩为零，抗突风、紊流等外界扰动能力好，为实现远距长航时飞行提供技术支撑。

总体上来说，自由翼无需复杂机械结构和能量操控消耗，采用流体控制方式，实现机翼的自由转动，继而实现飞机的短距起降；同时，自由翼可以潜在应用于减少机身振动，这对延长机载设备的寿命有利，是良好的电子照相和侦察设备的运输载体。

根据上述特点，自由翼非常适合短距起降运输机和其它全新气动布局飞机的研发和制造，采用自由翼形式进行气动布局设计的飞机能够利用自由翼的特点实现短距起降和巡航抗突风、紊流的特点，能够满足多种任务需求的飞机设计，是一种具备潜在应用前景的研究方案。