英国“闪电”、美国 F-100、苏联米格-19 则是第一代后掠翼的超声速战斗机
这看不见的石墙也称激波。激波的锋面在正好是声速的时候是平直的。随着速度的增加,激波的锋面变成圆锥形,锥的后倾角度随速度增加而增加,锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼像燕子的翅膀一样后掠,“躲”到机头引起的激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。德国人阿道夫布斯曼在 30 年代就提出了后掠翼,只是没有引起当时人们的重视而已。
事实上,后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没有达到超声速时已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以形成上下表面气流的速度差、进而导致压力差而产生升力的。在高亚声速时,机翼上表面气流速度可以超过声速。采用后掠翼的话,迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量(法向分量)和平行于机翼前缘的分量(展向分量),法向分量产生升力,展向分量不产生升力。后掠角等于零时,法向分量和迎面气流相等;后掠角越大,法向分量越小。也就是说,通过使用合适的后掠角,高亚声速飞机的机翼上表面气流在法向可以降低到声速以下,避免激波阻力。后掠翼大量使用在跨声速(0.8-1.2 倍声速范围内)和高亚声速飞机上,像歼-6 战斗机、各种波音和空客客机。
后掠翼的制造比平直翼要麻烦,翼根不仅要承受机身重量带来的应力,还要机翼上扬造成的向前扭转的应力,需要大大加强结构,带来较大的重量。但如果把后掠翼“镂空”的后半填起来,机翼后缘拉直,变成三角翼,翼根的受力情况就接近于平直翼,容易处理多了。在同样翼展下,三角翼的翼面积更大,升力更大;翼根更长,结构上需要的加强越少,同样翼面积时重量更轻。另一方面,机翼的阻力特征由相对厚度决定,也就是机翼的实际厚度和弦长(机翼前后缘之间的距离)之比。实际机翼的厚度和弦长随不同翼展位置而变化,所以一般取 1/4 翼展处的厚度和弦长之比。三角翼的翼弦较长,在相对厚度不变的情况下,实际厚度较厚,既简化结构设计和制造,有利于减重;又增加翼内容积,有利于增加机内燃油容量。50 年代后,超声速飞机采用大后掠翼的越来越少了,大多采用三角翼。歼-8II、歼-10 都是三角翼,欧洲的“台风”、“阵风”、“鹰狮”也是三角翼。

把后掠翼机翼后缘的“镂空”部分填补起来,就成为三角翼,这是美国 F-106

但采用短粗的梯形翼也可以达到超声速减阻的作用,这是美国 F-5

巴基斯坦空军同时装备有后掠翼的歼-6、梯形翼的 F-104 和三角翼的幻影 III,这张图较好地同时展示了三者的特征
但是三角翼没有一统天下。超声速飞行时,机翼只要“躲”在激波锥的锋面之后,就可以避免产生激波阻力。也就是说,翼展较短的机翼也同样可以达到降阻的作用。为了尽量增加翼面积以保证提供足够的升力,机翼的弦长可以增加,甚至把平直的后缘前掠,形成粗短的梯形翼。后掠翼靠后掠角减阻,但大后掠角带来较大的展向分量,造成升力损失,尤其在低速的时候,大后掠角使很大一部分迎面气流都“溜肩”损失掉了,造成低速时升力不足的问题,所以大后掠翼飞机的起飞、着陆速度一般比较高,机动性不够好。三角翼也有同样的问题。相比之下,梯形翼不靠后掠角减阻,所以机翼前缘的后掠角可以较小,在性质上更加接近同样翼展下的平直翼,升力较好。不过梯形翼的翼展受到限制,所以最后结果并不一定优于大后掠翼或者三角翼。和三角翼相比,梯形翼的使用比较少,但还是有一些忠实的信徒,尤其是诺斯罗普,F-5 和 F-18 都是梯形翼。洛克希德的 F-104 也是梯形翼,但 F-22 已经超出传统梯形翼,而是介于梯形翼和三角翼之间了。


可变后掠角的变后掠翼可以适合不同情况的需要,但重量和复杂性大大增加,这是美国 F-14

俄罗斯的图-160 是世界上最大的变后掠翼飞机,也是最后一种变后掠翼飞机
大后掠翼、三角翼、梯形翼的起飞、着陆速度和机动性都不及平直翼,但平直翼的高速飞行阻力太大,那通过机械手段,使机翼的后掠角可以在飞行中按需要随意改变,岂不两全其美?这就是变后掠翼的由来。变后掠翼的概念看似简单,实现起来问题一大堆。首先有飞行稳定性的问题。随着机翼后掠角的增加,升力中心逐步后移,很快就有升力中心远离重心的问题,即使超级巨大的平尾能压住,也将带来巨大的阻力,得不偿失。为了减小升力中心的移动,变后掠翼只能一分两段,铰链设置在固定的内段外侧,而活动的外段减小,牺牲变后掠翼的效果来简化工程设计。苏-17 为了最大限度地减小飞行稳定性问题,活动段只占翼展的一半;F-14 的活动段比例大一点,但依然有一个很大的固定段。变后掠翼还有很多具体问题:翼下起落架不容易找地方生根,活动段内无法设计翼内油箱使总的翼内油箱空间大减,翼下武器挂架需要随活动段同步转动才能保持挂载的武器指向前方,加上变后掠翼固有的机械问题,变后掠翼最后会变的很重,极大地抵消了变后掠翼的气动优势。在 60-70 年代昙花一现之后,变后掠翼现在很少采用了,1981 年首飞的图-160 是最后一种新投产的变后掠翼飞机。
大后掠翼和三角翼通过后掠角减阻,但空气其实只对这个斜掠的角度感兴趣,对机翼是后掠还是前掠是不在乎的。那前掠翼有什么好处呢?前掠翼上气流的展向流动是向内的,机体将最终自然阻止展向流动,提高机翼产生升力的效率。更重要的是,前掠翼极大地推迟了翼尖失速的问题。空气是有粘性的,这个粘性在机翼表面形成一个边界层(也称附面层),在边界层内气流呆滞,产生升力的效果受到损失。在大迎角飞行时,气流沿后掠翼的展向流动,导致边界层向翼尖堆积,造成翼尖首先失速,引起升力中心向翼根方向移动,造成机头进一步上扬,最终导致整个机翼失速。前掠翼则不同,翼尖处于“干净”的气流中,边界层堆积发生在翼根,升力损失小,而且副翼保持有效的横滚控制。前掠翼要到差不多整个机翼都失速的时候,才有翼尖失速的问题,比后掠翼进入失速要晚很多,有利于增强机动性。
