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飞机在空中飞行，因此和一般的运输工具相比，有很大的不同。飞机的各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下尽可能的减轻重量，机翼自然也不例外，加之机翼是产生升力的主要部件，而且许多飞机的发动机也安装在机翼上或机翼下，因此所承受的载荷就更大，这就需要机翼有很好的结构强度以承受这巨大的载荷，同时也要有很大的刚度保证机翼在巨大载荷的作用下不会过分变形。 几十吨的质量都靠机翼支撑，机翼该是什么样的设计和材料？ 飞机在给定结构重量指标（机翼自身重量）的前提下，要想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。 所以主要为两点，一看结构，二看材料。 一、机翼的主要构件 机翼结构主要由活动翼面、固定翼盒和小翼组成。 1、固定翼盒实际就是翼盒，“固定”是相对活动面的活动而言的。翼盒是机翼的主要承力部件，机翼上的气动力、活动面上的载荷、各种接头的集中力等都是通过翼盒结构由翼尖向翼根传递，最后在机身处平衡。翼盒同时也也承担着飞机油箱的工作，每架飞机拥有两个机翼翼盒，分别装配在左翼和右翼。在飞机总装过程中，机翼翼盒（全称为外侧机翼翼盒）会被装配在飞机机身内部的中央翼盒上，组成一个非常牢固而又灵活的结构，承担着飞机起飞、巡航和着陆过程中大部分的重量和压力。飞机机翼还支撑着飞机的动力装置和主起落装置。翼盒结构分为以下部件： A350的复合材料机翼蒙皮 上/下壁板：由长桁和蒙皮组成的组合壁板。坐飞机时从窗户看机翼时，机翼中间的不可动部分就是壁板的蒙皮。下壁板上有维修口盖，只有到机翼下面才可以看到。翼盒结构从飞机外面看基本上也就上下壁板可以容易看到，其他结构都位于翼盒内部或固定前后缘被遮挡，只有在特定的位置才能看到。如果把翼盒截面简化成一个长方形的话，上下壁板就是长方形的上下边。 前/后梁：挑大梁的梁。基本上是飞机上最大最长的零件，由翼根一直到翼梢。可以看作是长方形的左右边（前后边）。 翼肋：在翼盒内部，由翼根到翼梢布置多个翼肋，目的是将长方体的翼盒由翼根到翼梢（展向）分成多个小的长方体，避免上下壁板太长距离没有支撑而失稳。 固定前缘：基本上是固定在前梁上的一些支架、隔板等零件，主要用于安装前缘的活动翼面（缝翼）。 固定后缘：基本上是固定在后梁上的一些支架、隔板，主要用于安装后缘的活动翼面结构（襟翼、扰流板）以及一些系统线缆管路。 吊挂：用于安装发动机。 主起接头：用于安装起落架。 2、活动翼面，顾名思义，可以活动的翼面结构。在机翼前缘的有缝翼，在机翼后缘的有襟翼、副翼和扰流板。活动翼面可以活动，主要用于控制。比如，飞机起降过程中襟缝翼打开，增大机翼面积，提高升力。 襟翼：分为内襟翼和外襟翼，机翼固定翼盒以后可以看到的大部分就是襟翼。飞机起降时襟翼会向后伸出来，增大机翼面积。 副翼：机翼最靠近翼梢的窄长活动面，主要用于控制飞机绕机身轴线的转动。 扰流板：机翼上连续的几块细长的活动面，在机翼上表面上可以看到，就像几块长方形的补丁似的。飞机降落起落架触地后减速阶段扰流板会向上打开，增加阻力减速。 缝翼：机翼前缘的活动面，在翼盒前面。起降时缝翼会向前伸出增大机翼面积。 运动机构：把机构分到活动翼面里面吧，因为机构就是控制活动面运动及运动轨迹的部件。 每一段活动翼面基本是一个完整的翼面结构，内部结构和翼盒结构基本类似，包括梁、肋和上下翼面等等。 3、小翼。飞机的机翼主要是用来产生升力的，而空气流经机翼上、下表面时就会形成压力差。这个压差产生升力，但这个压差也在翼尖造成横向的自下而上、自外而内的涡流。翼尖涡带动空气，含有很大的能量，拖带在翼尖之后，形成可观的阻力。这种阻力就是我们所说的诱导阻力。 有了翼尖折起的小翼之后，情况就有很大不同。机翼下表面的气流依然向上表面流动，但由于翼尖小翼挡住了涡流，因此减小了飞机的诱导阻力。所以在翼尖安装上一对翼尖小翼，是一种降低机翼涡流的相当简单而且有效的新措施。翼尖小翼不可能消除翼尖涡流，只能降低涡流强度，其中小翼形状及与机翼的融合很有讲究，否则会引起额外的附加阻力。 翼尖小翼的另一个解释是相当于扩展了有效翼展，更大的翼展意味着可以降低速度而达到同样的升力，达到减阻目的。用航空术语来说，就是通过更大的展弦比来提高升阻比，从而降低诱导阻力。 二、材料的选择 飞机的主承力结构（如机翼上的梁、肋、蒙皮壁板）一般选用高比强度或者高比模量的材料，按强度设计的地方用高比强度的材料（避免材料的失效），按刚度设计的地方用高比模量的材料（避免结构的失稳）。如今的趋势是复合材料（限于机翼结构，因为有的部件不能用复材，比如飞机起落架）。 近几年，国外对低成本、高性能复合材料结构在大型飞机上的工程应用进行了广泛深入研究，取得了大量有工程应用价值的研究成果，具体体现在新设计飞机主要承力部件大量应用先进复合材料结构，如A380复合材料中央机翼、A400M复材翼面与机身、波音787复合材料机翼等。 A400M的复合材料机翼结构 最简单的复材结构设计，与同样的传统结构减重20%以上相比，全寿命综合使用（维护）成本相当。之所以将减重指标定在了20%以上，是考虑了复合材料结构不同于传统结构的制造生产过程，需要重新进行设备、工装投资，还有复材结构的不可再生循环（热塑性复合材料除外）、对环境的非友好等因素都是进行远期收益作风险决策的主要参考因素。但复材结构在抗疲劳、耐腐蚀、阻止裂纹扩展、隔音降噪、吸波透波等方面的功能是不可替代的，未来发展趋势是传统结构与复材结合而成的混合结构。 所以，别看飞机机翼那么单薄，人家可是高技术含量的产物，当然，还有数千万专家对机翼结构的研究论证，才能让巨大的“铁家伙”飞上天！ |
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