飞机构造的演变 现代飞机的主要组成部分,有机翼(包括固定部分和活动部分,如主翼、副翼、升降舵和方向舵)、机身、发动机和起落架等。 早期的飞机都是双翼的,因为当时发动机的功率较小,飞机飞行速度低,只能采用双翼结构,以加大机翼面积,得到足够的升力。为增加飞机结构的强度和刚性,两翼之间有加固用的撑杆。随着发动机功率的增大,飞行速度提高,于是用单翼就能产生足够的升力,而在高速飞行时,双翼产生的阻力大,反而不利于飞行。自20世纪20年代末起,双翼飞机逐渐被单翼机所取代。现在,仅在要求低速飞行时,才使用双翼机,如,喷洒农药、初级飞行训练等。 根据单翼机机翼的位置,可分为高翼机(机翼在机身上方)、中翼机(在机身中央)和下翼机(在机身下方)。高翼机有好的向下视野和横向稳定性。人们在水上飞机的机翼上安装发动机,为使发动机不溅到水,就把机翼固定在机身上方的支架上,形成特殊的高翼——伞翼。中翼飞机由于不在机身下半部安装横梁,可腾出空间装载更多货物。下翼飞机可减小起落架的高度,便于维修装载更多货物。下翼飞机可减小起落架的高度,便于维修装在机翼上的发动机。 机翼的平面形状有矩形、梯形、后掠形和三角形。其中,变后掠翼是活动的,在高速飞行时,机翼可向后内侧收缩,由梯形变成后掠翼形。这种飞机无论在低速飞行,还是高速飞行时,都有良好的性能。 主翼的可活动部分叫做副翼,用以调节飞机侧向倾斜和升降。在飞机尾部还有水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼在起飞、降落中发挥作用,而垂直尾翼则协助飞机左右转向。当然飞机飞行时需要这些部件协调作用,否则飞机会失控,出现机毁人亡的事故。有的飞机,如航空母舰的舰载机,为节约船舱中所占空间,机翼做成可折叠的,当存放在船舱中时,就收起机翼,起飞时才打开。 机身外形要利用减少阻力,而且要有相当的强度。 发动机的布局则随发动机的种类、数量而定。例如,螺旋桨单发动机飞机,它的发动机位于机身前端正中;而双螺旋桨、甚至四螺旋桨发动机的飞机,发动机就对称地装在机翼上。至于涡轮喷气式发动机的位置,也由其数量而定,如果是单发动机的飞机,就位于机身后半部分,空气由机头或机翼根部进入发动机,而双发或四发的,可对称地分别装在左右机翼上,或装在机尾两侧。有的飞机有3台发动机,2台可对称在左右机翼或机身后侧,第3台装在机尾。 起落架是飞机起飞、降落时与地面接触的部分。根据起飞的场所是祟地还是水面,决定用轮子还是用浮筒。轮式起落架在飞机起飞后,可收入机身或机翼,以减少阻力,而浮筒式起落架则不能收起。以前的起落架,都是两个主轮在前(左右翼下),尾轮或尾撬在后,叫做后三点式起落架。飞机起飞时,呈现向上的斜角,利于发动机功率较小的飞机起飞,而且起飞的跑道也较短。由于发动机的功率增加,人们改用前三点式起落架,飞机的尾轮由位于主轮前的前轮所取代。飞机就呈水平状。这有利于检修、装卸货物和加油。舰载机的起落架要特别加强,以承受弹射时的力量。 飞机的机构,外形由它的功能所决定的。战斗机要求飞行速度高、灵活,机身的主要部分就发动机所占据。而客机、货机要求多载货物、乘客,所以机身主要部分被货舱、客舱所占据。
翼梁:翼梁的主要作用是承受机翼的弯矩和剪力。主要有三种形式的翼梁:腹板式、整体式和桁架式翼梁。腹板式金属翼梁由缘条和腹板铆接而成,截面多“T”和“L”形。整体式翼梁是一种铝合金锻制的腹板式翼梁。现代飞机多采用腹板式和整体式翼梁。空客A320飞机的翼梁是整体式结构,B737飞机的翼梁则采用腹板式结构。桁架式翼梁由上、下缘条和许多直支柱连接而成,多用于低速重型飞机上。
翼肋:翼肋可分为普通翼肋和加强翼肋。翼肋的主要作用:支持蒙皮、桁条、翼梁腹板,提高它们的稳定性以及把蒙皮和桁条传给它的局部空气动力传给翼梁腹板。
桁条:桁条主要由薄铝板制成。它的主要作用:支撑蒙皮,防止它在承受局部空气动力时产生过大的局部变形,并与蒙皮一起把局部空气动力传给翼肋;提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性,使它能更好地承受机翼的扭矩和弯矩;与蒙皮一起承受由弯矩引起的轴向力。
蒙皮:各种机翼的蒙皮,都具有承受局部空气动力和形成机翼外形的作用。在金属蒙皮机翼结构中,蒙皮还要承受机翼的扭矩和弯矩。现代民航客机的机翼多采用整体式壁板结构。
飞机的主要组成部分有机体、起落装置、动力装置、飞行控制系统、机载设备,以及其它系统。作战飞机还有机载武器系统。
机体包括机翼、机身和尾翼。
机翼的功用是在大气中运动时产生升力,还装有副翼和扰流片;没有尾翼的飞机,机翼上装有纵向操纵装置(升降副翼),此外,机翼上还装有增升装置。
机身用于安置人员,装载设备、货物、武器、动力装置和燃料等。机翼、尾翼都固定在机身上,有的飞机的起落架支柱也固定在机身上。
尾翼分为水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼一般由水平安定面和升降舵组成,垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。有的飞机将水平尾翼做成一个整体,可以操纵偏转,称为全动平尾。有些飞机没有水平尾翼,在机翼前面装有水平小翼面,称为前翼或鸭翼。水平尾翼保证飞机的俯仰稳定性、操纵性和平衡。垂直尾翼保证飞机的方向稳定性和操纵性,并与机翼、副翼或扰流片或差动平尾共同保障飞机的横向稳定性和操纵性。
机身可按其结构元件的受力特点分为三种型式 ①梁式机身:由4根桁梁承受机身的全部或大部分弯曲正应力。蒙皮较薄,只承受扭矩和横向剪切力。桁条较少,用于支持蒙皮或承受少量轴向力。这种结构型式多用于机身口盖较多的部位。如歼击机的前机身有较多的大开口(座舱盖、前起落架舱盖、电子设备舱和武器舱口盖等),蒙皮不可能受力,宜用梁式结构。②半硬壳式机身:没有强的桁梁。密布的桁条与蒙皮一起承受弯曲正应力。这种结构重量较轻,机身上凡是开口较少的部位大多采用这种结构型式。③硬壳式机身:没有桁梁和桁条。为了改善蒙皮的支持情况,沿机身长度方向布置有较密的普通框,有时也称密框结构。一般用在弯矩很小而又无大开口的部位。有些轻型飞机为便于制造而采用硬壳式机身。
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