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飞机襟翼(yì)的作用

 

一架飞机(jī)在高(gāo)空正常飞行的时候,机翼看起来好像是一个整体。其实不然,机翼前缘、后缘都装(zhuāng)有长短、宽度不(bú)同的翼片,有的可向下偏转,有(yǒu)的可向前伸出,有(yǒu)的可向后滑退(tuì),可谓五花八门。由于这些翼片是机翼的附(fù)属(shǔ)物(wù),并且可以偏折,正(zhèng)像我们穿(chuān)的衣服下(xià)襟随风摆(bǎi)动一样,因此科(kē)学家(jiā)给这些(xiē)翼片起了一个十分形象的名称———襟翼。平时飞机停在机场上或在高空飞行时,襟翼都收拢在(zài)机翼前缘或后缘上,一旦飞机进入起飞或着陆阶段,它们的原形就显露了出来。 

飞机为什么要装襟(jīn)翼呢?

1、襟翼的奥秘在于提(tí)高升(shēng)力(lì) 

机翼的作用就是产生足够的升力使(shǐ)飞机能飞上天空(kōng)。如果机翼是一个整体的话,那么在机翼面积、翼型、展弦比确定的情况(kuàng)下(xià),它的最大升力也就是(shì)确定不变的了。如(rú)果(guǒ)飞机的全部重量是50吨,机翼必(bì)须产(chǎn)生490千牛以上的升力才(cái)能飞起来。我们知道,机翼面积越大(dà),升力越(yuè)大;速度(dù)越大(dà),升力也越大。换句话说就是:在(zài)升力一定(dìng)的情况下,机翼面积越大,起飞(fēi)速度可以越小;起飞速度越(yuè)大,机(jī)翼面积可以越小。因此,为了把这50吨的飞机(jī)弄上天,我们可以采取这样两个(gè)办法:一是选用面(miàn)积较小的机翼,通过(guò)加大起飞速度(dù)使升力超过490千牛;二是(shì)使起飞速度保持在较低的值上,通过采用(yòng)大面积(jī)机翼以产生490千牛以上(shàng)的(de)升力。 

这两个办法行不行呢?第一个办法(fǎ)机翼(yì)面(miàn)积较小,飞机的结构重量就较轻,这(zhè)是优点,但(dàn)起飞速度(dù)大是很不(bú)利的,一方(fāng)面要(yào)求机场跑道很长,这(zhè)很不合算,对舰载飞(fēi)机更是不利(lì);另一方(fāng)面,高(gāo)滑跑速度对安全的威(wēi)胁极(jí)大。第(dì)二个方法起飞速度低,有利于缩短滑(huá)跑距离,但当飞机起飞后速度增加,大面(miàn)积(jī)机翼便成了累赘,不但重量大使载重量大大减少,而且会使阻(zǔ)力(lì)剧增,飞机的耗油量因(yīn)此显著增加(jiā)。这种低速(sù)时升力小(xiǎo)、高(gāo)速时阻(zǔ)力大的问题称为(wéi)飞机的高低速矛盾。怎样解决(jué)这一难(nán)题呢(ne)?这就要靠(kào)襟翼(yì)来(lái)实现。 

襟翼(yì)的一个(gè)主要作用是协调(diào)这个(gè)矛盾,既(jì)不需要很大、很重的机翼,也能(néng)在较(jiào)低的起飞着陆(lù)速度下产生足够的升力,使载重(chóng)、速度、阻力和油耗达(dá)到综合性的最佳化。用(yòng)整体一块的方(fāng)式设计机翼不能同(tóng)时满足大载重量(liàng)、低起飞和着陆速度、低阻(zǔ)力(lì)和(hé)低(dī)耗油率(lǜ)的(de)要求。由于襟翼具体作(zuò)用是大大提高飞机起飞和着陆等低速阶段的(de)升力,因而统称增升(shēng)装置。 

襟翼为什(shí)么能增(zēng)加升力(lì)呢?在速度一定的(de)情况下,提(tí)高升力的办(bàn)法主(zhǔ)要有4种:一是改变机翼剖面形(xíng)状,增加翼型弯(wān)度;二是增加机(jī)翼面积;三(sān)是尽可能保持(chí)层流流动;四是在环绕机翼的(de)气(qì)流中,增加一(yī)股(gǔ)喷气气流。襟(jīn)翼就是通过改变翼型(xíng)弯度、增加(jiā)机翼面积、保持层流(liú)流动而增加升力的。 

2、飞机(jī)襟翼样式(shì)众多 

襟翼概(gài)念出现得(dé)很早。第一次(cì)世界大战前,由于飞机(jī)速度提高,要求飞机在低速时也能产(chǎn)生足够的升(shēng)力,于是有(yǒu)人开始了最简单的后缘襟翼的试验探索。 

为(wéi)什么飞机要装襟(jīn)翼? 

简单襟翼就是(shì)机翼后(hòu)缘的(de)一部分。它(tā)可以弯(wān)曲,这样就会改变机翼(yì)弯(wān)度,提高升力(lì)。不(bú)久,又出(chū)现了开裂式襟翼(yì)。当(dāng)它放下时(shí),一方面可使翼(yì)型变弯,一方面会(huì)在机(jī)翼后缘形成低压,两方面的(de)效果都是增加了升力。通常,开裂(liè)式襟翼可使(shǐ)升(shēng)力系数提高(gāo)75%~85%。同时,开裂式襟翼还能增加阻力,对飞(fēi)机安全、缓慢地着陆有(yǒu)利。 

20世纪20年代,英国(guó)著名设计师汉德莱·佩奇和德国空气动力学(xué)家拉赫曼发明了开缝襟翼。它是一条或几条附着在机翼后(hòu)缘(yuán)的可动(dòng)翼(yì)片,平时与机翼合为一体(tǐ),飞机起(qǐ)飞或着陆时放下。襟翼片(piàn)能够增(zēng)加机(jī)翼的面(miàn)积,改(gǎi)变机翼弯度,同(tóng)时还会形成一条(tiáo)或几(jǐ)条(tiáo)缝隙。增加面(miàn)积可以提高升力,形成缝隙可使下表面的气流经缝隙流向(xiàng)上表(biǎo)面(miàn),使上表面的气流速度提高,可较大范(fàn)围保持层流,也(yě)可(kě)使升力增加,并能减少失(shī)速现象的发(fā)生(shēng)。开缝襟翼是襟翼中十分重要的(de)一种。它也可以(yǐ)装在(zài)飞机(jī)前(qián)缘上,通(tōng)常都是一条。目前大型飞机特(tè)别是客机都安(ān)装了双缝或三缝襟翼,可提(tí)高升力系数85%~95%,效果十(shí)分显著。 

还有两种襟翼也很(hěn)常见,一种是富勒襟翼,一种是克鲁格(gé)襟翼。 

富勒襟翼(yì)是(shì)在机翼后缘安装的活动翼(yì)面,平(píng)时紧贴(tiē)在机翼下表面上。使用时,襟翼沿下(xià)翼面安装的滑(huá)轨后退,同时下偏。使用富勒襟(jīn)翼可以增加翼剖面的(de)弯度,同时能大(dà)大增(zēng)加(jiā)机(jī)翼面积,增升效(xiào)果非(fēi)常明显,升(shēng)力系数可提高85%~95%,个别大面积(jī)富勒襟翼的升(shēng)力系数(shù)可提高110%~140%。这种襟翼结(jié)构较复杂,多在大(dà)、中(zhōng)型飞机上采用,可大(dà)大(dà)改善(shàn)起降性能(néng)。 

克(kè)鲁格襟(jīn)翼位于(yú)机翼前(qián)缘。它的外形相当于(yú)机翼前缘的一部分。使用时利用液压作动筒将克(kè)鲁格(gé)襟翼向前下方伸出,既改变(biàn)了翼型(xíng),也增加了翼面积(jī),增升效果(guǒ)也比较好。 

3、飞机襟(jīn)翼(yì)在发展中 

襟翼的发展并没有完结。上面介绍的襟翼装置发展比较(jiào)成熟,还有(yǒu)一类(lèi)襟翼概念提出的也很早,但直到现在仍不完善,这就是喷气襟翼。它的设计方案很多,基本思想都是通过从发动机或高压气瓶引出气体(tǐ),吸(xī)向机翼或襟翼表面,达到增加升力、推(tuī)迟分离、降低(dī)阻力、改善失速特性的目(mù)的。由于(yú)喷气(qì)襟翼(yì)十(shí)分复杂,目前只有个别飞机(jī),如“鹞”式垂直起降飞机(jī)和F4、米(mǐ)格-21轻型战斗机(jī)使用(yòng)了喷(pēn)气襟翼(yì)。其试验工作仍在进(jìn)行之(zhī)中。

特(tè)殊襟翼(yì) 

我(wǒ)们知(zhī)道,襟(jīn)翼的种类有很(hěn)多,除了(le)常用的简单(dān)襟翼、开裂襟翼、开缝襟翼和后退襟(jīn)翼等均位于机(jī)翼后缘的后缘襟翼以外,还有一些与普通后缘襟翼(yì)构造有(yǒu)差别的特殊襟翼(yì),如(rú)位于(yú)机翼(yì)前缘的前(qián)缘襟(jīn)翼与克(kè)鲁格襟翼,以(yǐ)及可以在机(jī)翼上引入发动机的喷气流,改变空气在机翼上的流(liú)动状态的喷气(qì)襟翼。 

前(qián)缘襟翼:后缘襟翼都位于机翼(yì)的(de)后缘,如果(guǒ)把它的位(wèi)置移(yí)到机翼的前缘(yuán),就变(biàn)成(chéng)了前(qián)缘(yuán)襟翼。前缘襟翼也(yě)可(kě)以看作是可偏转的前缘(yuán)。在大迎角(jiǎo)下,它(tā)向下偏转,使前缘与来流之间的角度减小,气流沿(yán)上翼面(miàn)的流动(dòng)比(bǐ)较光滑,避免发生局部气流分(fèn)离,同时也(yě)可(kě)增(zēng)大翼型的弯度。 

前缘襟翼与后缘襟翼配合使用可(kě)进一步提高增升(shēng)效果。一般的后缘襟翼有一个缺点(diǎn),就是当(dāng)它向下偏转时,虽然能够增大上翼面气流的(de)流速,从而(ér)增(zēng)大升力系(xì)数,但同时也使得机翼前(qián)缘处气流的局(jú)部(bù)迎(yíng)角增大,当飞机以大迎角飞行时(shí),容易导(dǎo)致(zhì)机翼前缘上(shàng)部发生局部(bù)的气(qì)流分离,使飞机的性能(néng)变坏。如(rú)果此时采用(yòng)前(qián)缘襟翼(yì),不但可以(yǐ)消除机翼(yì)前缘上(shàng)部的局部气(qì)流(liú)分离(lí),改善后缘襟翼的增升效(xiào)果(guǒ),而(ér)且其(qí)本(běn)身也具有增升作用。 

克鲁格襟翼:与前缘襟翼作用相同的还有(yǒu)一种(zhǒng)克鲁格(gé)(Krueger)襟翼。它一般位于机翼前(qián)缘根部,靠作(zuò)动筒收(shōu)放。打开时(shí),伸向机(jī)翼下前(qián)方,既增大机(jī)翼面积,又(yòu)增大翼型弯度,具有较(jiào)好(hǎo)的增升效(xiào)果,同时构(gòu)造(zào)也比较简(jiǎn)单。 

喷(pēn)气(qì)襟翼:这是目前正在研究中的(de)一种增升装置(zhì)。它的基本原理是:利用(yòng)从涡轮喷气发(fā)动(dòng)机引(yǐn)出的压缩(suō)空气或燃气流,通过机翼后缘的缝隙沿整个翼展向后下方(fāng)以(yǐ)高速喷出,形(xíng)成一片喷(pēn)气(qì)幕,从而起到襟冀的(de)增升作用。这(zhè)是超(chāo)音速飞机的一(yī)种特殊(shū)襟(jīn)翼,其名称来历就(jiù)是将“喷气(qì)”和“襟翼”结(jié)合起(qǐ)来(lái)。 

喷气襟(jīn)翼(yì)一方面改变了机翼周(zhōu)围的流场(chǎng),增加了上下压(yā)力差;另一(yī)方(fāng)面,喷气(qì)的反作用力在垂(chuí)直方向(xiàng)上(shàng)的(de)分力也(yě)使机(jī)翼升力大大增加。所以,这种装置的增升效果极好。根(gēn)据试验(yàn)表(biǎo)明,采用喷(pēn)气襟翼(yì)可以使升力(lì)系数增大到124左右,约为(wéi)附面层控制系统(tǒng)增升(shēng)效(xiào)果的(de)23倍。虽然喷气(qì)襟翼的增升效果很好,但也有许(xǔ)多尚待解决的(de)难(nán)题:发动(dòng)机的喷气(qì)量太大,喷流能量的损(sǔn)失大;形成的(de)喷气(qì)幕对飞机(jī)的稳(wěn)定(dìng)性和操纵性有(yǒu)不良影响;机翼构造复杂,重量急剧增加;发动机的燃气流会烧毁机场跑道(dào)等等。

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