飞机结构与工艺

飞机结构与工艺

机翼 1.机翼的基本结构元件及受力机翼的基本结构元件是由纵向骨架、横向骨架以及蒙皮和接头等组成，现将各个结构元件的作用及受力分述如下：

1.纵向骨架——沿翼展方向安置的构件，包括梁、纵樯和桁条。

（1）梁——最强有力的纵向构件。它承受着全部或大部分的弯矩和剪力。梁的椽条承受由弯矩而产生的正应力；腹板承受剪力。梁的数量一般为一根或两根，也有两根以上的。机翼结构只有一根梁者称为单梁机翼；有两根者称为双梁机翼；两根以上者称为多梁机翼；没有翼梁称为单块式机翼。

翼梁的位置：在双翼及有支撑的机翼上，根据统计，前梁在12～18%翼弦处；后梁在55～70%翼弦处。在悬臂式单翼机上，单梁机翼的梁位于25～40%翼弦处。双梁机翼的前梁在20～30%翼弦处；后梁在50～70%翼弦处。

（2）纵樯——承受由弯矩和扭转而产生的剪力。与梁的区别是椽条较弱，椽条不与机身相连。其长度与翼展相等或仅为翼展的一部分。纵樯通常放置在机翼的前缘或后缘，与机翼上下蒙皮相连，形成一封闭的盒段以承受扭矩。

在后缘的纵樯，通常还用来连接襟翼及副翼。

（3）桁条——承受局部空气力载荷；支持和加强蒙皮；并将翼肋互相连系起来。而且还可以承受由弯曲而产生的正应力。有的机翼为了更加强蒙皮，桁条需要很密，因而导致使用波纹板来代替桁条，或者把桁条与蒙皮作成一体，形成

整体壁钣。

2.横向骨架——沿翼弦方向安置的构件。主要包括普通翼肋和加强翼肋。

（1）普通翼肋——将纵向骨架和蒙皮连成一个整体；把由蒙皮传来的空气动力载荷传给翼梁；并保证翼剖面之形状。参与一部分机翼结构的受力。

（2）加强翼肋——除了起普通翼肋作用外，还承受集中载荷。

3.蒙皮——它固定在横向和纵向骨架上而形成光滑的表面。

布质蒙皮主要是承受局部空气动力载荷，并把它传给骨架。硬质蒙皮除了上述作用外，还参与结构整体受力。视具体结构的不同，蒙皮可能承受剪应力，也可能还承受正应力。

4.接头——把载荷从一个构件传到另一个构件上去的构件。如机翼与机身的连接、副翼与机翼连接等，均需用接头。机翼接头的形式很多，常见的有耳片式接头，套管式接头、对孔式接头，垫板式和角条式接头等多种。 2.机翼构造的发展在机翼构造的发展过程中，最主要的变化就是维形件和受力件的逐渐合并。在飞机发展的初期，为了减小重量，完全根据受力件和维形件分开，并且分段地承受载荷的原理来安排机翼的构造。这种构造形式的受力骨架是一个由翼梁、张线及横支柱（或翼肋）所组成的空间桁架系统。它承受所有的弯矩、扭矩和剪力。机翼的表面和机翼的形状是用亚麻的蒙皮和翼肋形成的。所以这种机翼可以叫作构架式机翼。

随着飞机速度的增大，翼载荷的增大，出现了蒙皮承受剪力和部分正应力的梁式机翼。这种机翼构造型式的特点是有强有力的梁，以及光滑的硬质蒙皮，这种机翼的蒙皮是金属铆接结构，为现在飞机所广泛采用。它的翼梁腹板承受剪力，蒙皮和腹板组成的盒段承受扭矩，蒙皮也参与翼梁椽条的承受弯矩的作用。但是梁式机翼的蒙皮较薄，桁条也较少，有的机翼的桁条还是分段断开的，有的甚至没有桁条。因此梁式机翼蒙皮承受由弯矩引起的拉压作用不大。

飞机场速度进一步增大，为保持机翼有足够的局部刚度和抗扭刚度，需要加厚蒙皮和增多桁条。这样，由厚蒙皮和桁条组成的壁钣已经能够承担大部分弯矩，因而梁的椽条可以减弱，直至变为纵樯，于是就发展成为单块式机翼。

它的特点是全部弯矩主要由桁条所加强的蒙皮壁钣来承受。结构中的梁变成了纵樯，主要只承受剪力。其椽条部分很弱，只用来固定蒙皮。图5.4是一种高速飞机的单块式机翼的构造。上下壁钣分开制造，装配时先将蒙皮放在托架上，然后将骨架铆在蒙皮上，因而能得到更准确的外形。在单块式机翼内，维形件和受力件已经完全合并了。

至于三角机翼，由于展弦比很小而机翼根部的弦长很大，因此不仅机翼本身的纵向和横向构件布置比较复杂，而且机翼与机身的连接接头也很多。图5.5是我国歼击7型飞机的三角机翼构造图。增升原理与装置高速飞机机翼的构造和外形，主要是从有利于作高速飞行的观点来设计的。这种机翼在高速飞行时，即使迎角很小，但由于速度大，仍然可产生足够的升力来维持水平飞行。但在低速时，特别是起飞和着陆时，由于速度大大降低，虽然增大迎角，升力仍然很小，不能维持飞机的平飞。为此，需要在机翼上采用增升装置。

增升装置的增升原理不外乎下列四种。

1.增大机翼剖面的弯度

2.增大机翼面积

3.控制机翼上附面层，使气流不致过早分离。

4.在机翼上引入发动机喷气流，改变空气在机翼上的流动状态。

不同的增升原理，其增升效果不尽相同。图5.6表示在不同的增升原理下Cy—α曲线的变化情况。

根据这四项原理，在机翼上采用不同的增升装置，其中包括：前缘缝翼、襟翼、附面层控制和喷气襟翼等。

（一）前缘缝翼

前缘缝翼是装在机翼前缘的一个小翼面。打开时，就与机翼表面形成一道缝隙。下翼面压强较大的气流通过这道缝隙，得到加速而流向上翼面，增大了机翼上表面附面层中气流的速度，降低了压强，消除了这里的大量旋涡。因而延缓了气流分离，避免了大迎角下的失速，从而使Cymax提高。前缘缝翼的作用相当于附面层控制，因此它在提高Cymax的同时也使机翼的临界迎角加大。前缘缝翼在大迎角下，特别是接近或超过临界迎角时才使用。

从构造上看，前缘缝翼有固定式和自动式两种，目前，应用最多的是自动式前缘缝翼。这种前缘缝翼用滑动机构与机翼相连，依靠空气动力的压力和吸力来闭合或打开。当飞机在小迎角下飞行时，空气动力将它压在机翼上处于闭合状态。如果迎角增大，则前缘的空气动力变或吸力把它吸开。

（二）襟翼

襟翼的种类很多，常用的有：分裂襟翼、简单襟翼、开缝襟翼和后退襟翼等。

所有襟翼的共同特点是，它们都位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下既可增大升力，同时也增大了阻力。所以多用于着陆。这时襟翼放下到最大角度（约50到60度）。有时也用于起飞，但放下角度较小（约15到20度），以减小阻力，避免影响飞机起飞滑跑时的加速。

1. 分裂襟翼——这种襟翼本身象块薄板，紧贴于机翼后边缘并形成机翼的一部分，使用时放下，在后缘与机翼之间形成一个低压区，对机翼上表面的气流具有吸引作用，使其流速增大，因而增大了机翼上下的压强差，即增大了升力。