飛機(jī)上用來(lái)產(chǎn)生升力的主要部件。一般分為左右兩個(gè)翼面,對(duì)稱(chēng)地布置在機(jī)身兩邊。機(jī)翼的一些部位(主要是前緣和后緣)可以活動(dòng)。駕駛員操縱這些部分可以改變機(jī)翼的形狀,控制機(jī)翼升力或阻力的分布,以達(dá)到增加升力或改變飛機(jī)姿態(tài)的目的。機(jī)翼上常用的活動(dòng)翼面(圖1 )有各種前后緣增升裝置、副翼、擾流片、減速板、升降副翼等。機(jī)翼內(nèi)部經(jīng)常用來(lái)放置燃油。在機(jī)翼厚度允許的情況下,飛機(jī)主起落架也經(jīng)常是全部或部分地收在機(jī)翼內(nèi)。此外,許多飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)或是直接固定在機(jī)翼上,或是吊掛在機(jī)翼下面。 描述機(jī)翼外形的主要幾何參數(shù)有翼展、翼面積(機(jī)翼俯仰投影面積)、后掠角(主要有前緣后掠角、1/4 弦后掠角等)、上反角、翼剖面形狀(翼型)等(圖2a)。常用基本翼型有低速翼型、尖峰翼型、超臨界翼型和前緣較尖銳的超音速翼型。此外還有以下一些重要的相對(duì)參數(shù):①展弦比:機(jī)翼翼展與平均弦長(zhǎng)(機(jī)翼面積被翼展除)之比;②梢根比:機(jī)翼翼梢弦長(zhǎng)與翼根弦長(zhǎng)之比;③翼型相對(duì)厚度:翼型最大厚度與弦長(zhǎng)之比。 這些參數(shù)對(duì)機(jī)翼的空氣動(dòng)力特性、機(jī)翼受載和結(jié)構(gòu)重量都有重要影響。飛機(jī)的機(jī)翼按照俯視平面形狀的不同,可劃分為三種基本機(jī)翼(圖2b)。 平直翼 機(jī)翼的1/4弦線(xiàn)后掠角大約在20°以下。平直翼多用在亞音速飛機(jī)和部分超音速殲擊機(jī)上。在亞音速飛機(jī)上,展弦比為8~12左右,相對(duì)厚度為0.15~0.18。在超音速飛機(jī)上,展弦比為3~4,相對(duì)厚度為0.03~0.04左右。 后掠翼 機(jī)翼1/4弦線(xiàn)后掠角多在25°以上。用于高亞音速飛機(jī)和超音速飛機(jī)。高亞音速飛機(jī)后掠翼的常用參數(shù)范圍是:后掠角30°~35°,展弦比6~8,相對(duì)厚度約 0.10,梢根比0.25~0.3。對(duì)于超音速飛機(jī),后掠角超過(guò)35°,展弦比3~4,相對(duì)厚度0.06~0.08,梢根比小于0.3。 三角翼 機(jī)翼前緣后掠角約60°,后緣基本無(wú)后掠,俯視投影呈三角形狀。展弦比約為 2,相對(duì)厚度0.03~0.05。多用于超音速飛機(jī),尤以無(wú)尾飛機(jī)采用最多。 改善機(jī)翼氣動(dòng)特性的措施 超音速飛機(jī)常用的后掠和三角形薄機(jī)翼存在低速大迎角特性不好的缺點(diǎn)。在機(jī)翼設(shè)計(jì)中,除適當(dāng)選擇外形參數(shù)外,還經(jīng)常采用以下附加措施。 翼刀 在機(jī)翼上表面順氣流方向設(shè)置的具有一定高度的垂直薄片(圖3a)。翼刀主要裝在后掠機(jī)翼上,它可以阻止機(jī)翼表面低能量氣流(附面層)向翼梢聚集,同時(shí)也改變機(jī)翼升力沿展向的分布,因而能夠避免在大迎角時(shí)翼梢先開(kāi)始失速的缺點(diǎn)。后掠機(jī)翼的翼梢部分在飛機(jī)重心之后,大迎角時(shí)翼梢先失速不僅會(huì)引起飛機(jī)傾斜(實(shí)際飛行中左右翼不大可能同時(shí)失速),而且還會(huì)引起飛機(jī)抬頭,使飛機(jī)更進(jìn)一步失速而失去控制,所以需要盡力避免。翼刀的高度、長(zhǎng)度和數(shù)量,以及沿展向、弦向的位置需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。 扭轉(zhuǎn) 各翼剖面翼弦不在同一平面內(nèi)的機(jī)翼叫扭轉(zhuǎn)機(jī)翼。在后掠機(jī)翼上,通常是將翼梢剖面相對(duì)根部剖面向下扭轉(zhuǎn),使翼梢剖面迎角減小(負(fù)扭轉(zhuǎn))。這樣,使翼梢部分升力降低,可防止翼梢先開(kāi)始失速,稱(chēng)為幾何扭轉(zhuǎn)。在有的機(jī)翼上,雖然各剖面翼弦在同一平面上(無(wú)幾何扭轉(zhuǎn)),但是沿展向采用了不同彎度的非對(duì)稱(chēng)翼型。從空氣動(dòng)力的角度來(lái)看,它實(shí)際上與幾何扭轉(zhuǎn)的作用相同,也起控制機(jī)翼展向升力分布的作用。這種情況稱(chēng)為氣動(dòng)扭轉(zhuǎn)。在實(shí)際機(jī)翼上,常見(jiàn)的是氣動(dòng)扭轉(zhuǎn),或兩者兼有。 飛行中作用在機(jī)翼上的主要載荷是空氣動(dòng)力(氣動(dòng)載荷)。它可分解為升力和阻力。機(jī)翼阻力比升力小得多,且機(jī)翼弦向剛性很大,由阻力引起的機(jī)翼變形和內(nèi)力很小。對(duì)機(jī)翼來(lái)說(shuō),主要的氣動(dòng)載荷是升力。 機(jī)翼由表面的蒙皮和內(nèi)骨架組成。機(jī)翼結(jié)構(gòu)的基本作用是構(gòu)成機(jī)翼的流線(xiàn)外形,同時(shí)將外載荷傳給機(jī)身。機(jī)翼結(jié)構(gòu)在外載荷作用下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。足夠的剛度既指蒙皮在氣動(dòng)載荷作用下保持翼型形狀的能力,也包含機(jī)翼抵抗扭轉(zhuǎn)和彎曲變形的能力(圖6 )。 蒙皮 是構(gòu)成并保持機(jī)翼形狀不可缺少的結(jié)構(gòu)元件。早期飛機(jī)上的布質(zhì)蒙皮(蒙布)僅起維持外形的作用,機(jī)翼上的氣動(dòng)力通過(guò)蒙布的張力傳遞給機(jī)翼骨架。隨著飛機(jī)飛行速度的提高,氣動(dòng)載荷增大,蒙布因難以保持外形而漸被淘汰。采用金屬鋁蒙皮后,開(kāi)始用它與骨架一起作為主要受力構(gòu)件,首先是用來(lái)傳遞扭矩載荷。由于蒙皮沿機(jī)翼外廓分布,所以能提高機(jī)翼扭轉(zhuǎn)剛度。后來(lái)氣動(dòng)載荷進(jìn)一步增大,要求提高機(jī)翼扭轉(zhuǎn)剛度,蒙皮厚度不斷增加,同時(shí)為了提高蒙皮的剛度又用桁條加強(qiáng),因此蒙皮在承受機(jī)翼彎矩方面起越來(lái)越大的作用。縱向骨架 指沿翼展方向布置的構(gòu)件,包括翼梁、縱墻和桁條。在蒙布機(jī)翼上,翼梁是承受彎矩的唯一構(gòu)件。翼梁有上、下緣條和腹板(在桁架梁中腹板由支柱和斜支柱取代)組成。上、下緣條以受拉、受壓的方式承受彎矩載荷。如機(jī)翼受到向上的彎矩,則上緣條受壓、下緣條受拉。緣條內(nèi)的拉、壓應(yīng)力(軸向正應(yīng)力)組成平衡彎矩載荷的力偶。腹板則以受剪的方式傳遞切力載荷??v墻與翼梁構(gòu)造相似,但緣條要細(xì)得多,它多布置在靠近前后緣處,用于傳遞切力載荷,增加機(jī)翼扭轉(zhuǎn)剛度。桁條是沿展向與蒙皮內(nèi)表面相連的型材(其剖面有角形、T形、Z形和∏形等)。桁條可增加蒙皮承受局部氣動(dòng)載荷的剛度,在蒙皮受剪時(shí)提供支持,并與蒙皮一起組成承彎的主要受力構(gòu)件。 橫向骨架 是指機(jī)翼弦向構(gòu)件,由普通翼肋和加強(qiáng)翼肋組成。普通翼肋的作用是維持機(jī)翼剖面形狀,將蒙皮傳來(lái)的氣動(dòng)載荷以剪流的形式傳給腹板。加強(qiáng)翼肋的作用是將副翼、襟翼、起落架接頭傳來(lái)的集中力分散傳遞給翼梁、縱墻和蒙皮等構(gòu)件。 機(jī)翼按其主要承彎結(jié)構(gòu)元件的不同分為梁式機(jī)翼和單塊式機(jī)翼。 梁式機(jī)翼 由翼梁承受大部或全部彎矩載荷的機(jī)翼。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是翼梁緣條粗大,有的用高強(qiáng)度合金鋼制造,蒙皮較薄,桁條較少或根本無(wú)桁條。按翼梁的數(shù)目可分為單梁式、雙梁式和多梁式機(jī)翼(圖7 )。梁式機(jī)翼在輕型飛機(jī)上應(yīng)用較多。 單塊式機(jī)翼 較厚的蒙皮和桁條組成機(jī)翼上下壁板,壁板以沿展向受拉壓的方式承受彎矩載荷。前、后翼梁都比較弱。在機(jī)翼的前后緣裝有前緣襟翼、后緣襟翼和副翼等活動(dòng)翼面,所以單塊式機(jī)翼僅在前后梁之間的中央部分為受力的上下壁板,形成一個(gè)翼盒,稱(chēng)為盒形梁(圖7)。 超音速殲擊機(jī)常用小展弦比的薄機(jī)翼。由于機(jī)翼厚度小,氣動(dòng)載荷大,為了保證一定的扭轉(zhuǎn)剛度,需要用厚蒙皮,將上下桁條連成一體,構(gòu)成多梁(或多腹板)結(jié)構(gòu)的機(jī)翼。這種機(jī)翼可以取消普通翼肋。在三角機(jī)翼上,由于弦向尺寸很大,也多采用類(lèi)似的多梁結(jié)構(gòu)。 |
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