機(jī)翼是飛機(jī)的重要部件之一，它就好比鳥兒的翅膀，飛機(jī)之所以能在天上飛靠的就是機(jī)翼產(chǎn)生的升力。

不過除了提供飛機(jī)升力，機(jī)翼其實還有許多輔助功能，比如懸掛發(fā)動機(jī)、存儲燃油、控制飛機(jī)水平翻轉(zhuǎn)、減速等。因此在機(jī)翼上還有很多特別設(shè)計的“機(jī)關(guān)”，也許經(jīng)常坐飛機(jī)的朋友會注意到，但是不一定說得出這些機(jī)關(guān)的名字和具體作用。

那么今天的內(nèi)容就和大家來聊一聊飛機(jī)的機(jī)翼。

機(jī)翼如何產(chǎn)生升力？

眾所周知，機(jī)翼的主要功能就是產(chǎn)生升力，讓飛機(jī)飛起來，那么它為什么能產(chǎn)生升力呢？這還得從飛機(jī)機(jī)翼具有獨(dú)特的剖面說起。

我們把機(jī)翼橫截面的形狀稱為翼型，翼型上下表面形狀是不對稱的，頂部彎曲，而底部相對較平。當(dāng)飛機(jī)發(fā)動機(jī)推動飛機(jī)向前運(yùn)動時，機(jī)翼在空氣中穿過將氣流分隔開來。一部分空氣從機(jī)翼上方流過，另一部分從下方流過。

日常的生活經(jīng)驗告訴我們，當(dāng)水流以一個相對穩(wěn)定的流量流過河床時，在河面較寬的地方流速慢，在河面較窄的地方流速快。

■ 機(jī)翼升力原理圖

空氣的流動與水流其實有較大的相似性。由于機(jī)翼上下表面形狀是不對稱的，空氣沿機(jī)翼上表面運(yùn)動的距離更長，因而流速較快。而流過機(jī)翼下表面的氣流正好相反，流速較上表面的氣流慢。根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利原理，流動慢的大氣壓強(qiáng)較大，而流動快的大氣壓強(qiáng)較小，這樣機(jī)翼下表面的壓強(qiáng)就比上表面的壓強(qiáng)高。換句話說，就是大氣施加于機(jī)翼下表面的壓力(方向向上)比施加于機(jī)翼上表面的壓力(方向向下)大，二者的壓力差便形成了飛機(jī)的升力。

機(jī)翼有多堅固？

機(jī)翼除了提供升力之外，還必須得承重。飛機(jī)在天上飛的時候，整個機(jī)身的重量幾乎都是由機(jī)翼給“托”著的。飛機(jī)在地面上的時候，機(jī)翼還得懸臂“舉”著重重的發(fā)動機(jī)，像A380、747這樣的巨無霸飛機(jī)，單片機(jī)翼還得懸臂“舉”起兩個發(fā)動機(jī)，要知道A380的單臺發(fā)動機(jī)自重就達(dá)8噸。因此，機(jī)翼必須得足夠堅固。

■ 機(jī)翼的結(jié)構(gòu)

目前主流的民航客機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)采用的是雙梁單塊式，前后有兩根梁，之間又有很多的翼肋，這樣梁和肋就組成了機(jī)翼的內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，外側(cè)是蒙皮和壁板設(shè)計。在設(shè)計開始階段，設(shè)計人員就會將機(jī)翼的重量和整個飛機(jī)將會承載的最大重量加入到設(shè)計和計算中，根據(jù)最大重量來進(jìn)行整個機(jī)翼的設(shè)計和優(yōu)化，這樣就可以保證飛機(jī)的機(jī)翼能夠承受住如此大的重量。

■ 波音787機(jī)翼透視圖

要把機(jī)翼做得堅固，材料的選擇也很重要，而且是多種層次的，比如機(jī)翼的骨架、蒙皮等等都采用了高比強(qiáng)度或者高比模量的材料。目前飛機(jī)機(jī)翼的設(shè)計趨勢是大規(guī)模地采用復(fù)合型材料。

除了要堅固還得有韌性

坐飛機(jī)的時候經(jīng)常會遇到顛簸，望著窗外上下擺動的機(jī)翼，飛行恐懼癥患者心理開始擔(dān)憂起來了：“這翅膀上下晃得，是不是快要斷了？”

一般來說飛機(jī)的機(jī)翼在設(shè)計時就必須考慮有一定的韌性，機(jī)翼在一定角度內(nèi)彎曲其實是沒有問題的，而且還可以承受3個G的過載，所以我們?nèi)粘ｏw行環(huán)境的顛簸是無法對機(jī)翼造成損害的。

像是空客A350和波音787這樣的飛機(jī)，由于機(jī)翼制造中使用了大量的復(fù)合材料，這為機(jī)翼的“逆天”彎曲變形提供了可能。

復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，當(dāng)它用作大展弦比機(jī)翼材料時，在滿足強(qiáng)度要求、氣動要求的前提下，綜合考慮氣動彈性和減重性能，可以使復(fù)合材料機(jī)翼比常規(guī)材料機(jī)翼變形更劇烈。因此復(fù)合材料機(jī)翼是現(xiàn)階段實現(xiàn)上述“逆天”變形的前提條件。

看看下面這張A350機(jī)翼靜力試驗的動圖，機(jī)翼部分被多條鋼纜吊起來，當(dāng)鋼纜向上拉動機(jī)翼時，機(jī)翼向上擺動柔軟得就好像是用塑料做的一樣，其彎曲變形幅度之大令人驚嘆。

■ 空客A350機(jī)翼靜力試驗

而且，任何一架新型飛機(jī)在投入市場之前，都會進(jìn)行無數(shù)次的測試，測試環(huán)節(jié)和復(fù)雜程度遠(yuǎn)超普通人的想象。在測試中，針對顛簸和氣流的測試也是重要的一個環(huán)節(jié)，因此投入市場的飛機(jī)，面對小的氣流顛簸是不會有任何影響的。如果遇到大的氣流變化，地面氣象站或者飛機(jī)都會有預(yù)警，飛機(jī)可以繞開飛行。

機(jī)翼其實還是一個大油箱

機(jī)翼內(nèi)部是由梁和肋就組成的骨架結(jié)構(gòu)，骨架的中間其實是空的，這點(diǎn)空間如果用來裝貨物的話稍微偏小了一些，而且裝卸困難。但浪費(fèi)了這點(diǎn)空間又有些可惜，要知道飛機(jī)上的空間可是寸土寸金的。于是飛機(jī)的設(shè)計師們就想出了一個辦法，把燃油給裝到機(jī)翼中去。

■ 機(jī)翼中的油箱

利用機(jī)翼來作為飛機(jī)的油箱還有幾個好處：

1. 油箱不占機(jī)身容積，這樣機(jī)艙可以騰出更多的空間用來裝貨物。

2. 飛行時機(jī)翼由于受到升力的緣故，會向上彎曲變形，從而損失升力。燃油的重量正好可以抵消一部分機(jī)翼向上彎曲的變形。

3. 在燃料消耗的過程中，飛機(jī)重心位置移動量較小，利于飛機(jī)的飛行平衡與安全。

主流的民航客機(jī)除了機(jī)翼油箱之外，還有位于腹艙的中央油箱，在某些遠(yuǎn)程型號的機(jī)型中，還增加了附加油箱。飛機(jī)的油箱位置如下圖。

■ 飛機(jī)油箱位置分布

接下來，我們再來講講飛機(jī)上的一些輔助功能部件。

襟翼

襟翼是安裝在機(jī)翼后緣靠近機(jī)身的翼面，可以繞軸向后下方偏轉(zhuǎn)。襟翼主要是靠增大機(jī)翼的彎度來獲得升力增加的一種增升裝置。

襟翼的主要作用簡單來概括：一是提高失速迎角使飛機(jī)更不容易失速，二是使飛機(jī)獲得更大的升力。

■ 襟翼

襟翼一般在起飛和降落等低速的情況下才會放下使用。如果在高速巡航階段，強(qiáng)行放下襟翼，只會增加飛行阻力和飛機(jī)的油耗，甚至還會對飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成損傷。

當(dāng)飛機(jī)起飛時，襟翼以較小的角度打開，主要起到增加升力的作用，可以縮短飛機(jī)在地面的滑跑距離；當(dāng)飛機(jī)在降落時，襟翼以較大的角度打開甚至全開，可以使飛機(jī)的升力和阻力同時增大，還可以增加失速迎角，以利于降低著陸速度，使飛機(jī)不容易失速，縮短滑跑距離。

襟翼整流罩

在機(jī)翼的后緣下方有幾個凸出來的方塊，而且體積還不小，飛機(jī)越大方塊的數(shù)量也就越多，就像下面這張照片一樣。

■ 易捷航空空客A320襟翼滑軌整流罩

這個裝置叫做襟翼整流罩，里邊包裹的其實是用來驅(qū)動襟翼打開閉合的機(jī)械裝置。這些機(jī)械裝置如果裸露在空氣中，飛行時會增加飛行阻力，因此就用一個整流罩把它們包起來，另一方面也起到了保護(hù)的作用。

■ 從空客A380下方觀察襟翼整流罩

■ 將襟翼整流罩卸下，我們就能看到里邊的襟翼滑軌和驅(qū)動襟翼的機(jī)械裝置

當(dāng)襟翼放下時，襟翼滑軌向后移動，襟翼沿著滑軌慢慢滑下，整流罩也跟著下傾一定角度，擋住前方的氣流，襟翼滑軌在機(jī)翼下方乘客一般是看不到的。

■ 放下襟翼時，整流罩會跟著襟翼下傾

前緣縫翼

在飛機(jī)增大迎角或是放下襟翼的時候，隨之而來的就是高速氣流會在上表面接近機(jī)翼后緣部分產(chǎn)生分離，造成不規(guī)則渦流的產(chǎn)生，這個渦流會導(dǎo)致升力的下降。這時候，我們就需要前緣縫翼的幫助了。

前緣縫翼是安裝在機(jī)翼前緣的一段或者幾段狹長小翼，它的主要作用就是將機(jī)翼下表面的氣流引導(dǎo)到上表面，吹散因增大迎角或打開襟翼而在機(jī)翼后緣產(chǎn)生的渦流，保證機(jī)翼能提供足夠的升力，使飛機(jī)不容易失速。因此，前緣襟翼一般配合著襟翼一塊兒打開。

■ 法航A319進(jìn)近時前緣縫翼打開著的情形

在前緣縫翼閉合時(即相當(dāng)于沒有安裝前緣縫翼)，隨著迎角的增大,機(jī)翼上表面的分離區(qū)逐漸向前移，當(dāng)迎角增大到臨界迎角時，機(jī)翼的升力系數(shù)急劇下降，飛機(jī)容易失速。當(dāng)前緣縫翼打開時，它與機(jī)翼前緣表面形成一道縫隙，下翼面壓強(qiáng)較高的氣流通過這道縫隙得到加速而流向上翼面，增大了上翼面附面層中氣流的速度，降低了壓強(qiáng)，消除了這里的分離旋渦，從而延緩了氣流分離，避免了大迎角下的失速，使得升力系數(shù)提高。

■ 前緣縫翼工作原理

現(xiàn)代客機(jī)的前緣縫翼沒有專門的操縱裝置，一般隨襟翼的動作而隨動，在飛機(jī)即將進(jìn)入失速狀態(tài)時，前緣縫翼的自動功能也會根據(jù)迎角的變化而自動開關(guān)。

副翼

在機(jī)翼后緣外側(cè)有一小塊可以上下擺動的翼面，這就是副翼。

副翼是飛機(jī)的主操作舵面，飛行員操縱左右副翼差動偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩可以使飛機(jī)做水平橫向滾轉(zhuǎn)，就像下面這個動圖所示的這樣。

■ 副翼工作原理

飛機(jī)的轉(zhuǎn)向就是由副翼配合著飛機(jī)垂直尾翼上的方向舵來實現(xiàn)的。

現(xiàn)在的波音寬體客機(jī)中，還設(shè)計了一個襟副翼（比如波音787客機(jī)）。襟副翼就是襟翼和副翼的結(jié)合體，就像下面圖片中的樣子，它既是副翼，也是襟翼。在起飛降落階段中，襟副翼充當(dāng)?shù)慕巧褪墙笠?，用來提升升力。在高速飛行過程中，它充當(dāng)?shù)慕巧褪歉币?。由于襟副翼距離飛機(jī)機(jī)身更近，飛機(jī)橫滾運(yùn)動的時候扭矩較小，因此可以操作得更加精準(zhǔn)。

■ 波音787的襟副翼

2015年在法屬留尼旺群島發(fā)現(xiàn)了一片后來被證實為MH370客機(jī)殘骸的碎片，就是客機(jī)的襟副翼。

■ MH370襟副翼殘骸

擾流板

擾流板又可以叫做減速板，顧名思義就是幫助飛機(jī)減速用的。在飛機(jī)落地時，我們除了感受到明顯的轟鳴的噪音之外，如果你仔細(xì)觀察還可以看到飛機(jī)機(jī)翼上有一些板翹起來了，這個就是擾流板。

■ 空客A350著陸時擾流板打開

當(dāng)擾流板打開時，流過機(jī)翼的氣流被改變，卸除飛機(jī)機(jī)翼的升力，同時阻力增加，配合發(fā)動機(jī)反推（就是聽到的巨大轟鳴聲，實際上飛機(jī)落地后的減速幾乎都要靠發(fā)動機(jī)反推）和剎車一起幫助飛機(jī)快速減速。

擾流板又分為飛行、地面擾流板兩種，左右對稱分布，地面擾流板只能夠在地面使用，但是飛行擾流板既可以在地面使用，也能夠在空中使用。

翼梢

翼梢就是飛機(jī)機(jī)翼末端一小段上翹的部分，我們又可以把它稱之為翼梢小翼。

■ 西部航空空客A320的翼梢

飛機(jī)飛行時機(jī)翼下表面的高壓區(qū)氣流會繞過機(jī)翼末端的翼尖流向上翼面，形成強(qiáng)烈的旋渦氣流，當(dāng)飛機(jī)飛得越快，所產(chǎn)生的渦流也越強(qiáng)，這種氣流含有很大的能量，不但對增加飛行升力和推力沒有作用，反而會增加飛行時的阻力和燃料的消耗。

■ 翼梢的作用就是減小翼尖渦流，從而減小飛行阻力

翼梢的作用就像一堵垂直豎起的墻，阻礙了上下表面的空氣繞流，從而減小渦流的強(qiáng)度，有效減少飛行時的阻力和燃料消耗。

最后我們用一張圖來做個總結(jié)。