与后掠翼相比,前掠翼主要有四大优势:
1、结构优势。前掠翼结构可以保障机翼与机身之间更好地连接,并且合理地分配机翼和前起落翼所承受的压力。这些优势用其它方法很难达到或者不可能达到,它大大提高了飞机在机动时、尤其是在低速机动时的气动性能[1] 。此外,前掠翼的结构设计,还可使飞机的内容积增大,为设置内部武器舱创造了条件,同时也大大提高了飞机的隐身性能。
2、机动优势。前掠翼技术可使飞机在亚音速飞行时具有非常好的气动性能,从而大大提高其在仰角状态下的机动性。若前掠翼布局与推力矢量控制系统综合使用,还可使其在空战中更具优势,其近距空战机动能力将成倍地提高。[2]
3、起降优势。与相同翼面积的后掠翼飞机相比,前掠翼飞机的升力更大,载重量增加30%,因而可缩小飞机机翼,降低飞机的迎面阻力和飞机结构重量;减少飞机配平阻力,加大飞机的亚音速航程;改善飞机低速操纵性能,缩短起飞着陆滑跑距离。据美国专家计算,F-16战斗机若使用前掠翼结构,可提高转变角速度 14%,提高作战半径34%,并将起飞着陆距离缩短35%。
4、可控优势。使用前掠翼结构可以提高飞机低速度飞行时的可控性,并能在所有飞行状态下提高空气动力效能,降低失速速度,保证飞机不易进入尾旋,从而使飞机的安全可靠性大大提高。
现代战机大都采用薄翼型,使得机翼的抗扭转能力很差。前掠机翼在气流作用下所产生的扭矩使得机翼迎角增加,而增加的迎角将带来更大的扭矩,以至于导致机翼因为扭转刚度不足而折断即更容易发生气动弹性发散。若采用常规金属材料来制作机翼必将付出超重的代价,以至于气动性能得不到发挥。
前掠翼飞机在大迎角时首先从翼根部分开始失速,它不会影响飞机纵向、横向的平衡和操纵,失速特性比后掠翼飞机好得多。因此前掠翼飞机低速性能好,可利用的升力比较大。其次,由于失速特性好,前掠翼不必像后掠翼那样带负扭转,可以根据阻力最小的要求控制机翼升力沿展向分布,从而保证机翼有更高的气动效率。
前掠翼的严重问题是在结构方面,沿结构曲线方向的弯曲变形会使外翼沿气流方向增大迎角,增加外翼部分升力,进一步增加机翼的弯曲变形。在足够大的速度下,这种现象会形成恶性循环,直到使机翼弯曲折断。这个现象称弯扭发散(见图前掠翼飞机的弯扭发散)。开始弯扭发散的速度称弯扭发散(临界)速度。为了提高前掠翼的弯扭发散速度,需增加机翼抗弯刚度,这就会导致机翼结构重量的增加,以致完全抵消采用前掠翼带来的好处。这是前掠翼飞机很少被采用的主要原因。70年代以后,有人提出用复合材料结构的弯扭变形耦合效应克服前掠翼发散的缺点,也就是通过布置不同纤维方向的铺层,使机翼的弯曲变形引起附加的负扭转变形,从而抵消由升力引起的前掠翼正扭转。这样可以得到不发散而重量轻的前掠机翼,前掠翼飞机遂又引起人们的注意。