飞机机翼是如何承受巨大重量的
飞机是人类在20世纪最重大的科学技术成就之一飞机外观最凸显的部分就是机翼经常坐飞机的朋友一定会注意到飞机的机翼上有很多特别的设计飞机机翼那么薄是如何承受几十吨的重量的?
01机翼构件的基本作用
机翼的主要构件包含了翼肋、翼梁、桁条和蒙皮。机翼结构的基本作用是构成机翼的流线外形,同时将外载荷传给机身。
机翼结构在外载荷作用下应具有足够的强度、刚度和寿命。足够的刚度既指蒙皮在气动载荷作用下保持翼型形状的能力,也包含机翼抵抗扭转和弯曲变形的能力。
机翼最主要作用是产生升力,以支持飞机在空中飞行,也起一定的稳定和操纵作用。
飞机机翼设计主要是为了让机翼在空中飞行的时候,将气流切割成上下两个部分,并且让两个部分产生差异。
飞机上升主要利用的就是压力差。机翼上下表面形状是不对称的,空气沿机翼上表面运动的距离更长,自然流速更快。速度越快,气压越小,上下表面的压力差就提供了升力。
当飞机前进的速度越大,这个压强差,即升力也就越大,所以飞机起飞时必须高速前行。当飞机需要下降时,它只要减小前行的速度,其升力自然会变小。
02飞机机翼是如何承受大重量的?
在给定机翼自身重量的前提下,能够安全地承受使用载荷(设计中会放大为设计载荷),靠的是结构材料的正确选择、结构部件的合理布置以及结构尺寸的精心设计分析与优化。
1、机翼材料的选择
机翼的蒙皮倾向采用复合材料,承重结构依然采用金属材料。碳纤维复合材料的特性是重量轻承重大,非常适合用在飞机机翼上。
2、机翼结构部件合理布置及尺寸优化飞机机翼之所以能够承载大部分的重量,主要承重结构就是机翼翼盒,它由非常轻便结实的碳纤维材料构成,内部由成百上千根骨架组成。所以我们别看飞机的机翼那么薄,其实内部结构和承重是非常厉害的。
在设计初始,设计人员就会将机翼的重量和整个飞机将会承载的最大重量加入设计和计算中,根据整个最大重量来进行整个机翼的设计和优化。
03民航客机为什么多是下单翼?
飞机的机翼根据安装的位置,分为安装在机身上部(背部)的上单翼、安装在机身中部的中单翼和安装在机身下部(腹部)的下单翼三种。目前可以看到大型运输机的机翼多为上单翼,客机的机翼多为下单翼。
▲民航客机大多使用下单翼设计
▲运输机大多使用上单翼设计
下单翼的飞机,由于机翼距离地面很近,所以更加便于安装起落架、进行维护工作。另外,下单翼的飞机有个问题就是发动机距离地面的距离很近,因此更容易吸入异物,造成发动机损坏的问题。
但是对于民航客机来说,起飞的民用机场条件都非常优秀,因此也就不用担心异物这种问题。
但是大型的运输机就不同了,尤其是军用的,一般起飞的条件都比较苛刻,比如战斗前线的机场都是土路,没有高级的跑道。因此采用了上单翼的设计,这样发动机距离较高,也起到了保护的作用。
当然,这并不是固定的,客机也有采用上单翼设计的,运输机也有采用下单翼设计的。
04飞机的内外副翼有何差别
飞机的副翼可以帮助飞机实现方向的控制,当然方向的控制还有尾翼。现在的客机,副翼一般都分为内副翼和外副翼。
外副翼顾名思义就是设计在机翼外端,内副翼则设计的距离机身较近的地方(图片上标注的很清晰、很典型)。
简单的来说,在低速飞行的时候使用外副翼,在高速飞行的时候使用内副翼,因为在高速飞行的时候,如果强行使用外副翼,会造成外副翼的损坏,因此这个时候一般外副翼都是锁定在中央位置上。
在低速状况下,气动效率比较低,因此要使用外副翼来控制。另外,在高速的情况下,有时候光是用内副翼是不够的,还要搭配了扰流板辅助副翼进行翻滚操纵,分担负荷。
由于内副翼设计的位置本身应该是襟翼,因此内副翼可以说从中间隔断了襟翼,影响了飞机起降时候提供的升力性能,因此一般有内副翼的飞机还会增加其它装置设计,比如喷气襟翼或者前缘襟翼等等。
▲襟副翼
现在的波音宽体客机中,还设计了一个襟副翼(比如波音787客机)。襟副翼就是襟翼和副翼的结合体,就像上面图片中的样子,它既是副翼,也是襟翼。在起飞降落阶段中,襟副翼充当的角色就是襟翼,用来提升升力。
在高速飞行过程中,它充当的角色就是副翼。由于襟副翼距离飞机机身更近,因此飞机横滚运动的时候扭矩较小,因此可以操作的更加精准。
飞机是人类知识与科技的结晶是一个高度综合复杂的系统民用航空发展到今天使得飞机成了人类不可或缺最重要的交通工具之一它使人们的出行更加便捷坐飞机也成了大众很普遍的选择。
来源:东莞城市候机楼 返回搜狐,查看更多
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