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科普|飞机机翼结构作用和设计原理

时间:2019-03-05 16:53来源:飞天众智技术服务平台 作者:中国航空


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,虽然每次都能看到,但是不一定了解这些部分的作用和名称。这篇文章就是要给大家解答疑问,在下次乘坐飞机的时候,可以对看到的部件有一定的认知,顺便可以跟旁边的妹子吹嘘一下~(注:以下仅对民航客机机翼结构作用和设计原理进行简单科普)

 

为什么机翼不是薄薄的一片?

我们都玩过纸飞机,纸飞机就是薄薄的一片机翼,那么为什么民航客机的机翼不是薄薄的一片呢?首先,纸飞机的机翼不能够产生升力,只是保证纸飞机自身向前滑翔而已,跟滑翔伞是一样的。其次,飞机的机翼需要为飞机提供升力、控制水平翻转、储油和悬挂发动机等复杂功能。战斗机的机翼非常薄,但也不是薄薄的一片,只是相对客机来说很薄,这是因为战斗机飞行的速度会几倍于音速,所以所涵盖的设计原理与民航客机不太一样,这里我们不讨论了。民航客机的飞行速度是亚音速,也就是接近于音速,因此我们可以看到飞机的机翼都是我们见到的这种形状:



我们日常常见的民航客机,包括一些常见的商务型客机的飞机机翼几乎都是这两种形状设计。飞机的机翼为什么要设计成这种形状和厚度呢?主要目的就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。接着我们用一张图来给大家简单的演示一下机翼是如何产生升力的:


▲升力原理图

这个原理主要利用的就是压力差,并不是原力或者龟派气功。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,根据伯努利定理,速度越快,气压越小,上下表面的压力差就提供了升力。在低速的时候,飞机的升力原理源自伯努利定律,但是随着速度(马赫数)的增加,这个定律就不再适合了,因此战斗机的机翼设计不是这个样子。

此外,不设计成薄薄的一片还有一个重要的原因就是坚固性。因为飞机的机翼,尤其是民航客机和运输机,要承受非常大的飞行重量,机翼的结构就会很复杂。薄薄的一片在安全性上也不可能通过。

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。

飞机机翼如何承受如此大的重量?

最简单来说,就是飞机的机翼使用了非常先进的材料,然后针对这些材料进行了相关的结构设计和优化。

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