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飞机(jī)襟翼的作(zuò)用

 

一(yī)架(jià)飞(fēi)机在(zài)高空正常飞(fēi)行(háng)的时(shí)候,机翼看起来好像是(shì)一个整体。其实不然,机翼前缘(yuán)、后缘都装有长短、宽度(dù)不同的翼片,有的可向下(xià)偏转,有的可向前伸出,有的可向后(hòu)滑(huá)退,可(kě)谓五花八门。由(yóu)于这些翼片是机(jī)翼的附(fù)属物,并且可(kě)以(yǐ)偏折,正像(xiàng)我们穿的(de)衣服下襟随风摆(bǎi)动一样,因此科学家给(gěi)这些翼(yì)片起了一(yī)个十分形象的名称———襟翼。平时飞机停在机(jī)场上或(huò)在高(gāo)空飞(fēi)行时,襟翼都收拢在(zài)机翼前缘或后缘上,一旦(dàn)飞(fēi)机进入起(qǐ)飞(fēi)或着陆(lù)阶段,它(tā)们的原形就显露了出来。 

飞机(jī)为什(shí)么要(yào)装(zhuāng)襟(jīn)翼呢(ne)?

1、襟翼的奥秘在于(yú)提高升力(lì) 

机翼的作用就(jiù)是产生足够(gòu)的升力(lì)使飞机(jī)能飞(fēi)上天空(kōng)。如(rú)果机翼是一个(gè)整体的话,那么在机翼面积、翼型、展(zhǎn)弦比确定的情况下,它的(de)最(zuì)大升力(lì)也就是确定(dìng)不(bú)变的了。如果(guǒ)飞机的(de)全部重量是50吨,机翼必须产生490千牛(niú)以上的升力才能飞起(qǐ)来。我们知道,机翼面积(jī)越大,升力越大;速度越大,升力也(yě)越大。换句(jù)话(huà)说就是:在升力一定的情况下,机翼面(miàn)积越(yuè)大,起飞速度可以越小;起飞速(sù)度越大,机(jī)翼面积可以越小。因此,为了把这50吨的飞机弄上天,我们可以采取(qǔ)这样两个办法:一是(shì)选用面积较小的机翼,通过加大起(qǐ)飞速度使升力超过490千牛;二是使起飞速度保(bǎo)持在较(jiào)低的(de)值上(shàng),通过采用大面积机(jī)翼以产生490千牛以上的升力。 

这(zhè)两(liǎng)个办(bàn)法(fǎ)行不行呢?第一个办法机翼面积较小,飞机的结构重量(liàng)就较轻,这是优点(diǎn),但起飞速(sù)度大(dà)是(shì)很不(bú)利的,一方面要求机场跑道(dào)很长,这很不合算,对舰载飞机(jī)更是(shì)不利;另(lìng)一方面(miàn),高滑跑速度(dù)对安全的威胁极(jí)大。第二个方法起飞速度低(dī),有利于缩(suō)短滑跑(pǎo)距离,但当飞(fēi)机起飞后速(sù)度增(zēng)加,大面积(jī)机翼便(biàn)成了(le)累(lèi)赘(zhuì),不但(dàn)重(chóng)量大使载(zǎi)重量大大减少,而且会使(shǐ)阻力(lì)剧增,飞机(jī)的耗油量因此显著增加。这种低速时升力小、高(gāo)速(sù)时阻力大(dà)的问题称(chēng)为飞机的高(gāo)低速矛(máo)盾。怎样解决这(zhè)一难题呢?这就(jiù)要靠襟(jīn)翼来实现(xiàn)。 

襟翼的一(yī)个主(zhǔ)要(yào)作(zuò)用是协调这个矛盾,既(jì)不需要很大、很重的机翼,也能在较低的起(qǐ)飞着陆(lù)速度下产生足(zú)够的升(shēng)力,使载重、速度、阻力和油耗达到(dào)综合性(xìng)的(de)最佳化。用整体一块的(de)方式设计机翼不能同时满足大(dà)载重量(liàng)、低(dī)起飞和着陆速度(dù)、低阻(zǔ)力和低耗油率的要求。由于襟(jīn)翼具体(tǐ)作用是大(dà)大提(tí)高飞机起飞和着(zhe)陆等低速阶(jiē)段的升力,因而(ér)统(tǒng)称增升(shēng)装置。 

襟(jīn)翼为什么能增加升力呢?在速度一定的情况下(xià),提高升(shēng)力的办法主要(yào)有(yǒu)4种:一是改变(biàn)机翼剖(pōu)面形状,增(zēng)加(jiā)翼型弯度;二(èr)是(shì)增加机翼面积;三是尽可能保持层流流动;四是(shì)在(zài)环绕机翼(yì)的气流中,增加(jiā)一(yī)股喷(pēn)气气流。襟翼就是通(tōng)过改变翼(yì)型弯度、增加(jiā)机翼面积、保持层流流动而增加升(shēng)力(lì)的。 

2、飞机襟翼样式众多 

襟(jīn)翼概念出现得很早。第一次世(shì)界(jiè)大战前,由于飞机速度提(tí)高,要求飞机在低速时(shí)也能产生足够的升力,于是有人开始了最(zuì)简单的后缘襟翼的试(shì)验(yàn)探索。 

为什么(me)飞机要装襟翼? 

简单(dān)襟翼就是机翼后缘(yuán)的一部分。它(tā)可以(yǐ)弯(wān)曲,这样就会改变机翼弯度,提(tí)高(gāo)升力。不久,又出现了开裂式襟翼。当它放下时,一方(fāng)面可使翼型(xíng)变(biàn)弯,一方面(miàn)会在(zài)机翼后缘形成低压(yā),两方(fāng)面的效(xiào)果都是增加了(le)升力。通常,开裂式襟翼可使升力(lì)系数(shù)提高75%~85%。同时,开(kāi)裂(liè)式襟翼还(hái)能增加阻力(lì),对飞机安(ān)全、缓慢地着陆有(yǒu)利。 

20世纪(jì)20年代,英国著名设计(jì)师汉德莱·佩(pèi)奇和德国空气动力学家拉赫曼发明了开(kāi)缝(féng)襟翼(yì)。它(tā)是(shì)一条或几条附着(zhe)在机翼后缘的可动翼片(piàn),平时与机翼合为一体,飞机起(qǐ)飞(fēi)或着(zhe)陆时放下。襟翼片能(néng)够增加(jiā)机翼的(de)面积,改变机翼(yì)弯度,同时还会形(xíng)成一条或几(jǐ)条(tiáo)缝隙。增加面积(jī)可以提高升力,形成缝隙(xì)可(kě)使下表面的(de)气流(liú)经缝(féng)隙流向上表面,使上表(biǎo)面的气(qì)流速度提高,可(kě)较大范围保持层流,也可使升力增(zēng)加,并能减少失速现象的发生。开缝襟翼是襟翼中十分重要(yào)的一(yī)种。它也可以装(zhuāng)在飞(fēi)机前缘(yuán)上,通常都是一条。目前大型飞机特别是(shì)客机都安装了双(shuāng)缝或三缝襟翼,可提高升(shēng)力(lì)系数85%~95%,效果十分显著。 

还有两种襟(jīn)翼也很常见,一种是富勒襟翼,一种(zhǒng)是克鲁格襟翼。 

富勒襟翼是在(zài)机(jī)翼后缘安装的活(huó)动翼面,平时紧贴在机翼下表(biǎo)面上(shàng)。使用(yòng)时,襟(jīn)翼沿(yán)下翼面安装的滑(huá)轨后退,同时下偏。使用富勒襟翼可以增(zēng)加翼剖面的(de)弯度,同(tóng)时能大大增加机翼面(miàn)积,增升(shēng)效果非(fēi)常明显,升(shēng)力(lì)系数(shù)可(kě)提高85%~95%,个别大面积富(fù)勒(lè)襟翼的升力(lì)系数可提高110%~140%。这种襟翼(yì)结构较复杂,多在大、中型飞机上采用,可大大改善起降性(xìng)能。 

克鲁格(gé)襟翼位于机翼前缘。它的外形相当于机(jī)翼(yì)前缘(yuán)的(de)一部分。使用时利用液压作动(dòng)筒将克鲁格襟翼向前下方伸出,既改(gǎi)变了翼型,也(yě)增加了翼面积,增升效果(guǒ)也比较好。 

3、飞机襟翼在发展中(zhōng) 

襟翼的发展并没(méi)有完结。上面介绍的(de)襟翼装(zhuāng)置(zhì)发展比(bǐ)较成熟,还有(yǒu)一类(lèi)襟翼概念提出的也很早,但(dàn)直到现在仍不完善,这(zhè)就是喷气襟翼。它的(de)设计方(fāng)案很多,基(jī)本思想都是(shì)通过(guò)从发动(dòng)机或(huò)高压(yā)气瓶引出气体,吸(xī)向机翼或襟翼表面,达(dá)到(dào)增加升力、推迟分离、降低阻力、改善失(shī)速特性的目的(de)。由(yóu)于喷气襟翼十分(fèn)复杂,目前只有(yǒu)个别飞(fēi)机,如“鹞”式垂直起降飞机和F4、米格-21轻型(xíng)战斗机使用了喷气(qì)襟翼(yì)。其试验工作仍在进行之中。

特殊襟翼(yì) 

我们知道,襟翼的种(zhǒng)类有很多,除了常用的简(jiǎn)单襟翼、开裂(liè)襟翼、开(kāi)缝襟翼和后退襟翼等均位(wèi)于机(jī)翼(yì)后缘的后缘襟翼以外(wài),还有(yǒu)一些与普(pǔ)通后缘襟翼构造有差别(bié)的特殊襟翼,如位于机翼前(qián)缘的前(qián)缘襟(jīn)翼与克鲁格襟翼,以及可(kě)以在机翼上引入(rù)发(fā)动机(jī)的(de)喷气流,改(gǎi)变空气在机(jī)翼上的(de)流动状态的喷(pēn)气襟翼(yì)。 

前(qián)缘襟翼:后(hòu)缘襟翼都位于机(jī)翼的后缘,如果(guǒ)把它的(de)位置移到(dào)机翼的前缘,就变成了前缘襟翼。前缘(yuán)襟翼也可以看作是可偏转的前(qián)缘。在大迎角下,它向下偏转,使前缘与来流之间的(de)角度减小,气流沿上翼面的流动比较光滑(huá),避(bì)免发生局部气流分离(lí),同时也可增大(dà)翼型的弯(wān)度(dù)。 

前缘襟翼与后缘襟翼配合使用可进一步(bù)提高增(zēng)升(shēng)效果。一般的后缘襟翼有一个缺(quē)点,就是当它向下偏转时,虽然能(néng)够增大上翼面气流的(de)流速,从(cóng)而增(zēng)大升力系数,但同时也使得(dé)机翼前(qián)缘(yuán)处气(qì)流的局部(bù)迎角(jiǎo)增(zēng)大,当飞机(jī)以大迎角飞行时,容易导致机翼前缘上部发生局部的气流分离,使飞机的性能变坏。如果此(cǐ)时采(cǎi)用前缘(yuán)襟翼,不但可以(yǐ)消除机(jī)翼前(qián)缘上部的局部气流分离(lí),改善后缘襟翼的增升效(xiào)果,而且其(qí)本身也具有增升作用。 

克鲁格(gé)襟(jīn)翼:与前缘(yuán)襟翼作用相同的还有一种克鲁格(Krueger)襟翼。它一般(bān)位于机翼前缘根部(bù),靠作动筒收放。打开时,伸向机翼下前方,既增大机(jī)翼(yì)面积,又(yòu)增大翼型弯(wān)度,具有较好的(de)增升(shēng)效果,同时(shí)构造也比较简单。 

喷气襟翼:这是目前正(zhèng)在研究中的一种增升装置。它的基本原理(lǐ)是(shì):利用从涡轮喷气发动机引出的(de)压缩空(kōng)气或燃气流,通过机翼后缘的缝隙沿整(zhěng)个翼展向后(hòu)下(xià)方(fāng)以高速喷出,形成一(yī)片喷气幕,从而起到(dào)襟冀的增升作用。这是超(chāo)音速飞机的一(yī)种特殊襟翼,其名称来历就是将(jiāng)“喷(pēn)气(qì)”和“襟翼”结合起(qǐ)来。 

喷气襟翼一方面(miàn)改变(biàn)了(le)机翼周围的流(liú)场(chǎng),增(zēng)加了上下压力差;另一方面,喷气的反作用(yòng)力在垂直方向上的分力也(yě)使机(jī)翼升力大大增(zēng)加(jiā)。所以,这种装置的增升效果极(jí)好。根(gēn)据试验表明,采用喷(pēn)气(qì)襟翼可以使升力系(xì)数增(zēng)大到124左右,约为附面层(céng)控制系统增升(shēng)效果的(de)23倍。虽然(rán)喷气襟(jīn)翼的增升效果(guǒ)很(hěn)好,但也有许多尚待解决的难题(tí):发动机(jī)的喷气量太大,喷流能量的损失大;形成的喷(pēn)气(qì)幕对飞机的稳定(dìng)性和操纵性有不良(liáng)影响;机翼构造复杂,重量急剧增(zēng)加;发动机(jī)的燃气流会烧(shāo)毁机(jī)场跑(pǎo)道等(děng)等。

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