襟翼和副翼的区别:你想知道的是飞机机翼的结构

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2022-12-1812:27:41 评论 18

飞机外观最突出的部分是机翼。经常坐飞机的朋友会注意到飞机机翼上有很多特殊的设计。虽然他们每次都能看到,但他们可能不知道这些部分的功能和名称。

这篇文章是为了回答你的问题。下次乘飞机时,你可以对你看到的部件有一定的了解。如有必要,你也可以拿出来向你妹妹吹嘘~

(注:以下简单科普民航客机机翼的结构功能和设计原理)

为什么机翼不薄?

我们都玩过纸飞机,纸飞机是薄机翼,那么为什么民航客机的机翼不薄呢?

首先,纸飞机一般都很轻,大家都认为这种纸飞机不是飞行,最多是滑行。

其次,飞机的机翼需要提供复杂的功能,如升力、控制翻转、储油和悬挂发动机。

战斗机的机翼很薄,但不是很薄,但比客机很薄,因为战斗机覆盖的设计原理与民航客机不同,我们今天不讨论。

民航客机的飞行速度是亚音速,即接近音速,所以我们可以看到飞机的机翼是我们看到的:

典型的低速机翼横截面造型

几乎所有这两种形状的设计都是我们日常常见的民航客机,包括一些常见的商用客机。

为什么飞机的机翼要设计成这样的形状和厚度?主要目的是使机翼在空中飞行时将气流切割成上下两部分,并使两部分不同。

让我们用一张图片简单地展示机翼是如何产生升力的:

升力原理图

由于机翼前缘的引导,机翼顶部空气的运动方向和机翼顶部法线的正方向夹角小于90°。因此,空气有沿法线方向离开机翼的趋势,因此机翼顶部的空气压力降低。

由于机翼前缘的引导,机翼底部空气的运动方向和机翼底部法线的正方向夹角大于90°。因此,空气有沿法线接近机翼的趋势,因此机翼底部的空气压力增加。

机翼顶部的空气压力降低,机翼底部的空气压力增加,导致压力差和机翼升力。

另外,不设计成薄片的另一个重要原因是坚固。由于飞机的机翼,特别是民航客机和运输机,必须考虑机翼的结构设计,才能承受非常大的飞行重量。如果设计成薄片,就不可能安全通过。

为什么民航客机大多是下单翼?

根据安装位置,飞机机翼分为三种:安装在机身上部(背部)的上单翼、安装在机身中部的中单翼和安装在机身下部(腹部)的下单翼。

目前大型运输机的机翼多为上单翼,客机的机翼多为下单翼。

大多数民航客机使用下单翼设计

运输机大多使用上单翼设计

由于机翼靠近地面,下单翼飞机更容易安装起落架和维护。

此外,下单翼飞机的一个问题是发动机离地面很近,所以更容易吸入异物,造成发动机损坏。但是对于民航客机来说,起飞的民用机场条件都很好,不用担心异物。

但而,大型运输机是不同的,尤其是军用运输机。一般来说,起飞条件很苛刻。例如,战斗前线的机场是土路,没有高级跑道。因此采用上单翼设计,使发动机距离较高,也起到保护作用。

当然,这不是固定的。客机也采用单翼设计,运输机也采用单翼设计。

飞机机翼如何承受如此大的重量?

最简单地说,飞机的机翼使用了非常先进的材料,然后对这些材料进行了相关的结构设计和优化。

机翼的承主要针对材料学和结构学。材料的选择必然很重要,而且是多种层次的,比如机翼的骨架、蒙皮等等都采用了高比强度或者高比模量的材料。

目前,飞机机翼的设计趋势是使用复合材料,但并不是整个机身都可以,如起落架不能使用复合材料。

波音787结构图

以波音787为例,其机翼主结构采用碳纤维复合材料设计。结构形式为双梁单块式,目前该结构设计非常主流。前后有两根梁,之间有许多翼肋,因此梁肋形成了机翼的内骨架结构,外侧设计有蒙皮和壁板。

在设计开始时,设计师将在设计和计算中增加机翼的重量和整个飞机的最大重量,并根据整个机翼的最大重量进行设计和优化,以确保飞机的机翼承受如此大的重量。

当然,我们在飞机飞行过程中总会遇到气流和颠簸,为什么机翼不会破裂或断裂?

在投放市场之前,任何新飞机都会进行无数次的测试,我们无法想象测试环节和复杂性。在测试中,颠簸和气流测试也是一个重要环节,因此投放市场的飞机不会对小气流颠簸产生任何影响。

如遇大气流变化,地面气象站或飞机将有预警,飞机可绕行。此外,一般来说,飞机机翼的设计也得到了优化。机翼在一定角度内的弯曲没有问题,可以承受3G的颠簸。因此,我们日常飞行环境的颠簸不会损坏机翼。

为什么机翼末端竖起?

在早期的飞机中,机翼的设计是一个大直板,现在我们看到飞机机翼在末端竖起,有些甚至有一些漂亮的形状,这些设计是为了飞机的外观可以非常漂亮吗?当然,美是一部分,这些设计叫翼梢小翼,别看这个小翼,它可以包含省钱的大学问题。

飞机的直翼,由于高压,机翼下表面的气流会流向上表面,在机翼尖端产生较大的涡旋。当飞机飞行速度增加时,涡旋的强度也会增加。涡旋能量大,但对飞机的升力和推力没有帮助,反而会增加飞机的阻力和燃油消耗。

没有翼翼的机翼末端会产生更大的湍流

众所周知,航空燃料非常昂贵。增加1%的阻力会烧掉很多不必要的钱,所以人们开始研究解决涡流问题。早期的翼梢概念是由19世纪初的一位英国空气动力学家构思的,但真正将其与飞机联系起来的是NASA(美国国家航空航天局)Richard Whitcomb博士。

70年代末,NASA在一家KC-翼翼小翼安装在135飞机上进行试验,最大飞行高度增加3.4%,升力系数增加4.88%,巡航状态增加7.8%,航程增加7.5%。这充分说明翼翼的设计是有价值的。

无翼翼小翼的涡流对比

然而,在短途航线上,翼翼的作用不够明显,因为它会给飞机带来额外的重量,增加的燃油消耗不能抵消节油的减少阻力。因此,在短途航线客机上,不能安装翼梢小翼。

现在几款非常常见的翼梢小翼:

融合翼梢小翼

典型客机型:波音737NG、波音757-200、波音767-300ER、空中客车A320系列空中客车A320neo、空中客车A330neo、空中客车A350XWB中国商飞系列ARJ21、中国商飞C919。

单段翼梢小翼

典型客机型号:波音747-400A330-200、空中客车A340-300。

单段翼梢小翼

典型客机型号:波音747-400A330-200、空中客车A340-300。

分叉翼梢小翼

典型客机型:波音737NG和波音737MAX。

复合后掠角涡扩散器的翼翼

典型客机型空中客车:A319、空中客车A320、空中客车A380。

斜翼小翼

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典型客机型号:波音747-8,波音767-400ER、波音777-200LR、波音777-300ER、波音787系列。

盒式或环式翼尖小翼翼

目前,环式或成为盒式翼翼的小翼很少见,主要在一些商用飞机上看到。

机翼下方的方块是什么?

当我们乘飞机时,我们总是发现飞机机翼后面有几个方块,而且体积不小。飞机越大,方块就越多,那么这些方块到底是什么呢?

这些方块的学名是襟翼滑轨整流罩,里面有襟翼传动装置。说白了,里面的机械机构是用来控制襟翼的,它的向下弯曲取决于整流罩里的机械。那什么是呢?我们将分别介绍以下提升力的部分。

当你放下襟翼时,你可以看到里面的机械结构

冲压空气涡轮

这时又出现了一个新问题,为什么整流罩的大小和长度都不一样?

这是因为它们不是所有的机械结构,还有其他部件,称为冲压空气涡轮,用于通过飞机本身的速度产生的流体冲压发电,有点像风力发电机。

现在民用飞机将配备冲压空气涡轮机,波音机型安装在右侧主起落架附近,大多数飞机设计在后翼滑轨整流罩,这就是为什么整流罩的大小不同,看起来很多机型两侧不对称。

襟翼和前缘缝翼是什么用的?

襟翼和前缘缝翼的作用非常简单,用于飞机提升升力。襟翼一般在起飞、降落等低速条件下使用。如果速度高到一定程度,则必须强行放下襟翼,这可能导致解体。在飞机和起飞降落阶段放下襟翼,增加了整个机翼的面积(即机翼的宽度)和机翼的弯曲角度,因为襟翼只能向下弯曲一定的角度。

这样可以增加机翼上下表面的压差,从而提高飞机的升力。

但为什么要在起降阶段放下襟翼来提升升力呢?原因很简单,可以改变飞机起降时需要跑道滑行的长度。一方面可以节省跑道场地和施工成本,另一方面提高了飞机起降的安全性。

当然,也有很多飞机没有襟翼设计,或者在起飞阶段没有放下襟翼。

向下倾斜的就是飞机的襟翼

当飞机放下机翼时,机翼的宽度和弯曲会增加,随后高速气流可能会在上表面靠近机翼后缘,导致不规则涡流,导致升力下降。这时,我们需要前缘缝翼的帮助。

前缘缝翼

前缘缝翼的作用是将机翼下表面的气流引导到上表面,吹散刚才提到的涡流,保证机翼提供足够的升力。

飞机上这些倒刺是什么?

机翼上的倒刺

飞机机翼上有许多倒刺设计,学名为放电刷。

放电刷在大型客机上都能够看到,比如机翼上、翼梢小翼上,尾翼上都会设计。

它的功能是放电。飞机在高速飞行时,会与空气摩擦,或穿过带电云, 或者是内部机械摩擦产生的静电等等,这些电如果不进行及时的释放,很可能会累积从而形成放电现象,对飞机的安全造成危害。

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  放电刷就是利用了尖端放电的原理,让静电集中在这些尖端,然后与空气接触慢慢放电。

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  降落时翘起来的是什么?

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  我们经常在飞机落地之后,除了感受

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