飞机机翼浅析

飞机机翼结构浅析

摘要

飞机发明人美国人莱特兄弟说“每只鸟都是一名特级飞行员，谁要飞行，谁就得模仿鸟”的论述，对鸟的飞行动作，作了更仔细的观察研究，于1903年成功地发明了世界上有动力、可操纵的飞机，成为世界公认的飞机发明人。飞机机翼结构和升力产生的机理与鸟翼的结构及产生升力的原理基本上是一致的。飞机在发动机驱动下向前飞行时，流过上下翼面气流的流速不一致，上翼面流速快于下翼面，造成上翼面空气压力低于下翼面，从而使机翼产生升力，当升力大于飞机的重力时飞机就能升空飞行了。由此可见机翼的作用非同寻常，下面我们来看一下究竟。本文主要介绍机翼的功用、机翼的设计标准以及对机翼典型零件的分析来对机翼的构造和翼型原理有一个更清楚的认识。

关键词：机翼功用、机翼设计、副翼、机翼元件

Abstract: The Wright brothers invented the airplane who said Americans "Each bird is a super pilot, who will fly, who have to imitate the birds," the exposition of the birds flying, made a more detailed observational study, in 1903 successfully invented the world have power, maneuverability of aircraft, aircraft, the world recognized inventor. Aircraft wing structure and mechanism of lift generated by the structure of bird wings and produce lift are basically the same principle. Engine-driven aircraft in forward flight, the flow velocity of the upper and lower wing surface flow is inconsistent, on the wing faster than under the wing surface flow, causing surface air pressure below the wing under the wing surface, so that the wings produce lift, when greater than the gravity lift aircraft flying off the aircraft will be able to. This shows an unusual wing, let's look at what had happened. This paper describes the function of the wing, the wing's design standards and analysis of typical parts of the wing to the wing structure and airfoil theory have a better understanding.

Key words: Function of the wing, wing design, flaps, wing components.

1机翼的功用

机翼是飞机的一个重要部件, 安装在机身上主要功用是产生升力。当它具有上反角时, 可为飞机提供一定的横向稳定性。在它的后缘, 一般布置有横向操纵用的副翼、扰流片等附翼。为了改善机翼的空气动力效用, 在机翼的前、后缘越来越多地装有各种型式的襟翼、缝翼等增升装置, 以提高飞机的起飞着陆或机动性能。机翼上常安装有起落架、发动机等其他部件。近代歼击机和歼击轰炸机往往在机翼下布置多种外挂, 如副油箱和导弹、炸弹、火箭弹等军械设备。机翼的内部空间常用来收藏起落架、放置一些小型设备、附件和储存燃油。特别是旅客机, 为了保证旅客安全, 很多飞机不在机身内储存燃油, 而把燃油全部储存在机翼内。放置燃油的油箱有整体油箱和软油箱两种, 为了减轻重量, 近代飞机机翼油箱很多为整体油箱（见图1-1）。

图1-1 机翼组成图

2机翼的设计要求

由于飞机是在空中飞行的，因此和一般的运输工具和机械相比，就有很大的不同。飞机的各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下尽可能轻，机翼自然也不例外，加之机翼是产生升力的主要部件，而且许多飞机的发动机也安装在机翼上或机翼下，因此所承受的载荷就更大，这就需要机翼有很好的结构强度以承受这巨大的载荷，同时也要有很大的刚度保证机翼在巨大载荷的作用下不会过分变形。其设计要求与飞机结构设计的五项基本要求是一致的, 只是各种部件因功用不同, 而侧重点有所不同。

2.1机翼的外形参数

机翼主要用于产生升力, 因此满足空气动力方面的要求是首要的。机翼除保证升力外, 还要求阻力尽量小(少数特殊机动情况除外) 。机翼的气动特性主要取决于其外形参数(如展弦比、相对厚度、后掠角、翼型等) , 这些参数在总体设计时确定；结构设计则应从强度、刚度、表面光滑度等各方面来保证机翼气动外形要求的实现。

2.2机翼的重量、强度、刚度

在外形、装载和连接情况已定的条件下, 重量要求是机翼结构设计的主要要求, 具体地说就是要设计出一个既能满足强度、刚度和耐久性要求, 又尽可能轻的结构来。

强度包括静强度、动强度和疲劳强度。对于按“安全寿命”或“损伤容限”设计的机翼, 应在其受力构件布置、各连接关系设计、零构件细节设计以及关键件的可检性等各个环节中给予认真考虑, 以便为结构提供较长的寿命和较好的破损安全特性, 从而保证结构使用的可靠性。机翼外载随过载系数的增大而增大。通常各类飞机的最大、最小过载系数由强度规范规定, 如歼击机最大过载系数可达+ 7 ～+ 9 。当飞机在高速飞行时, 很小的变形就可能严重恶化机翼的空气动力性能; 刚度不足还会引起颤振和操纵面反效等严重问题。

值得注意的是: 随着飞行速度的提高, 机翼所受载荷增大; 然而, 由于减小阻力等空气动力的需要, 此时机翼的相对厚度却越来越小, 再加上后掠角的影响, 致使机翼结构的扭转刚度、弯曲刚度越来越难保证, 这些都将引起机翼在飞行中的变形增加。因此对高速飞机, 为满足机翼的气动要求, 刚度问题必须给予足够重视。

然而也正由于上述原因, 此时要解决好机翼的最小重量要求与强度、刚度要