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機翼
鎖定
機翼機翼功用
機翼是飛機的一個重要部件。其主要功用是提供升力,與尾翼一起保證飛機具有良好的穩定性。當它具有上反角時,可為飛機提供一些橫向穩定性。在它的後緣,一般佈置有橫向操縱用的副翼、擾流板(大型運輸飛機安裝)等裝置。為了改善機翼的空氣動力效應,在機翼的前、後越來越多地裝有各種形式的襟翼、纏翼等增升裝置,以提簡飛機的起飛、着陸或機動性能。
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機翼上安裝有起落架、發動機等其他部件。近代殲擊機和殲擊轟炸機往往在機翼下佈置多種外掛,如副油箱和導彈、炸彈等軍械設備。機翼的內部空間常用來收藏起落架、放置一些小型設備、附件和儲存燃油。特別是客機,為了保證旅客安全,很多飛機不在機身內儲存燃袖,而把燃油全部儲存在機翼內。放置燃油的油箱有整體油箱和軟體油箱兩種,為了減輕重置,近代飛機機翼油箱很多為整體油箱。
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機翼機翼組成
機翼通常是由翼梁、縱牆、桁條、翼肋和蒙皮等構件組成。機翼的基本受力構件包括縱向(沿翼展方向)骨架、橫向(沿氣流方向垂直於翼梁方向)骨架和蒙皮。縱向骨架有翼粱、縱牆和桁條,橫向骨架有普通翼肋和加強翼肋。
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機翼翼梁
機翼縱牆
機翼桁條
機翼翼肋
機翼蒙皮
蒙皮的直接功用是形成流線型的機翼外表面。為了使機翼所受的阻力盡量小,蒙皮應力求光滑。為此應提高蒙皮的橫向彎曲剛度,以減小它在飛行中的凹凸變形。從受力看,氣動載荷直接作用在蒙皮上。因此,蒙皮受到垂直於其表面的局部氣動載荷。此外蒙皮還參與機翼的總體受力,它和翼梁或翼牆的腹板組合在一起,形成封閉的盒式薄壁梁承受機翼的扭短;當蒙皮較厚時它常與長衍一起組成壁板,承受機翼的彎矩引起的軸向力。壁板有組合式或整體式兩種。某些結構形式(如多腹板式機翼)的蒙皮很厚,可從幾毫米到十幾基米,常做成整體壁板形式,此時蒙皮將成為承受彎矩最主要的,甚至是唯一的受力元件。
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機翼機翼構造形式
機翼蒙皮骨架式
蒙皮骨架式機翼又稱薄壁構造機翼。它可按翼梁數目不同分為單梁式、雙梁式和多梁式機翼。圖1所示為一個單梁式機翼,雙梁式與多梁式機翼的構造與其類似。梁式機翼的特點是蒙皮較薄,桁條較少。因此蒙皮的承彎作作不大。隨着飛行速度的不斷增大,為了保證機翼有足夠的局部剛度和扭轉剛度,需要增厚蒙皮並增多桁條。這樣,由厚蒙皮和桁條組成的壁已經能夠承擔大部分彎矩,因而粱的彎矩可以減弱,直至變為縱牆,於是就發展成單塊式機翼。
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機翼整體壁板式
整體壁板式機翼是將蒙皮與縱向骨架、橫向骨架合併成上下兩塊整體壁扳如圖2所示,然後用鉚接或螺接連接起來。上下壁扳一般是用整體材料,用鍛造或化學加工等方法制造而成的。這種機具的特點是強度大、剛性好,接縫少,表面光滑,氣動外形好,零件少,裝配容易。這種形式對使用機翼整體油箱有利,它能有效地利用機翼內部空間。整體壁板結構除了用金屬材料外,也很適合於用複合材料製造。
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機翼夾層式
夾層式機翼主要是以夾層壁板做蒙皮,甚至縱牆和翼肋也是用夾層材料製造。夾層壁板依靠內外層面板承受載荷,很輕的夾芯對它們起支持作用。與同樣重量的單層裝皮相比,夾芯蒙皮的強度大、剛度大,能承受較大的局部氣動載荷,並有良好的氣動外形。上下面板可用金屬材料,也可用複合材料製造。內部一般採用蜂窩夾層或泡沫塑料夾層。夾層材料中充滿空氣和絕熱材料,可以起到良好的隔熱作用,能較好地保護其內部設備。當翼面高度較小時可採用全高度填充的實心夾層結構。這種結構的受力構件少,構造簡單,通常用在較小的機翼、尾翼或艙面等部件上。
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機翼機翼幾何參數
描述機翼外形的主要幾何參數有翼展、翼面積(機翼俯仰投影面積)、後掠角(主要有前緣後掠角、1/4弦後掠角等)、上反角、翼剖面形狀(翼型)等。常用基本翼型有低速翼型、尖峯翼型、超臨界翼型和前緣較尖鋭的超音速翼型。此外還有以下一些重要的相對參數:①展弦比:機翼翼展與平均弦長(機翼面積與翼展之比)之比;②梢根比:機翼翼梢弦長與翼根弦長之比;③翼型相對厚度:翼型最大厚度與弦長之比。這些參數對機翼的空氣動力特性、機翼受載和結構重量都有重要影響。
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機翼機翼安裝形式
按照機翼與機身的相對位置,分為上單翼、中單翼、下單翼三種安裝形式。就機翼與機身的氣動干擾問題來説,下單翼最大,上單翼次之,中單翼最小。但中單翼需要穿過機身,對於客、貨機來説艙內佈置困難,如果不穿過機身,則主要承力構件就會中斷。從而影響結構強度和剛度,結構質量要增加,所以客、貨機很少採用中單翼。上下單翼則各有利弊,採用上單翼可以減少發動機吸入異物的幾率,而下單翼發動機離客艙更遠,有利於改善客艙噪聲環境。從維護性的角度看,上下單翼區別不大。
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按照機翼是否有與機身相連的支桿或撐稈,分為懸臂結構和非懸臂結構。懸臂式機翼是指不用支稈或撐杆加強的單層機翼。它無支援物地獨立架設在機身側面,由內部翼梁承載。許多上單翼飛機有外部支柱或者機翼支桿,它可以通過支桿把飛行和着陸負荷傳遞到主機身結構。由於支桿一般安裝在機翼突出機身的一半位置上,所以這種類型的機翼結構也叫半懸臂機翼。少數上單翼飛機和多數下單翼飛機採用全懸臂機翼,不用外部支桿來承載負荷。
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機翼機翼材料
機翼是飛機的主要部件,早期的低速飛機的機翼為木結構,用布作蒙皮。這種機翼的結構強度低,氣動效率差。早已被金屬機翼所取代。機翼內部的梁是機翼的主要受力件,一般採用超硬鋁、鋼或鈦合金;翼梁與機身的接頭部分採用高強度結構鋼。機翼蒙皮因上下翼面的受力情況不同,分別採用抗壓性能好的超硬鋁及抗拉和疲勞性能好的硬鋁。為了減輕重量,機翼的前後緣常採用玻璃纖維加強材料(玻璃鋼)或鋁蜂窩夾層(芯)結構。例如鑽石DA40D飛機的機翼以及副翼、襟翼和層翼都由玻璃纖維加強材料(GFRP)/碳纖維加強材料(CFBP)製成。
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