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飞机(jī)襟翼的作用

 

一架飞机在高(gāo)空正常飞行的时(shí)候,机翼看(kàn)起来好像是一个整体。其实(shí)不(bú)然,机翼前(qián)缘、后缘(yuán)都装有长短、宽(kuān)度不同的(de)翼片,有的可向下偏转,有(yǒu)的可向前伸出,有的可向后滑退,可(kě)谓五花(huā)八门。由于(yú)这些翼片是机翼的附属物,并且可以偏折(shé),正像我们穿的衣(yī)服(fú)下襟随风摆动一样,因此科学(xué)家(jiā)给这些翼片起(qǐ)了一(yī)个(gè)十分形象的名称———襟翼。平(píng)时飞机停在机场上或(huò)在(zài)高(gāo)空飞行时,襟翼都收拢(lǒng)在机翼前缘或后缘(yuán)上(shàng),一旦飞机进入起飞或着陆阶段,它们的原形就显露了(le)出(chū)来。 

飞机为(wéi)什么要装襟翼呢?

1、襟翼的奥秘(mì)在于提高(gāo)升力 

机翼的作用就(jiù)是产生足够的升力使(shǐ)飞机(jī)能飞上天空。如果机(jī)翼是一个(gè)整体(tǐ)的话,那么在(zài)机(jī)翼面积、翼型、展弦(xián)比确定(dìng)的情况(kuàng)下,它的(de)最(zuì)大升力也就是(shì)确定不变的了。如果飞机的(de)全部重量是(shì)50吨,机(jī)翼必须产生490千牛以上的升(shēng)力才能飞起(qǐ)来。我们知(zhī)道,机翼(yì)面(miàn)积(jī)越大,升力越大;速(sù)度越大,升力也越大。换(huàn)句话说就是:在升力(lì)一定的情况下(xià),机翼面积越大,起飞速度可以越小;起飞速(sù)度越(yuè)大,机翼面积(jī)可以越小。因此,为了把这50吨的(de)飞机(jī)弄上(shàng)天,我们可以采取(qǔ)这样两个办法(fǎ):一是选用面积(jī)较小的机翼,通过(guò)加大起飞速度使升力超过490千(qiān)牛(niú);二(èr)是(shì)使起飞速(sù)度保(bǎo)持在较低的值上,通过采用大面积机翼以产(chǎn)生490千牛(niú)以(yǐ)上的(de)升力。 

这(zhè)两个办(bàn)法行不行呢?第一个(gè)办法机(jī)翼面积较小,飞(fēi)机的结构重量就较轻,这是优点,但起飞速度大是很不利的,一(yī)方面要求机场跑道很(hěn)长,这很不合(hé)算,对舰载(zǎi)飞(fēi)机更是不利(lì);另一方(fāng)面(miàn),高滑跑速(sù)度对安全的威胁极大。第二个方法起(qǐ)飞速(sù)度(dù)低,有利(lì)于缩短滑跑距离(lí),但当飞(fēi)机起飞(fēi)后速度增加,大面积机翼(yì)便成(chéng)了累赘,不但重量大使载重量大大减少,而且会使(shǐ)阻力(lì)剧增,飞(fēi)机的耗油量(liàng)因此显著增加。这种低速时升力小、高速时阻(zǔ)力大的问题称为飞机的高低速矛(máo)盾。怎样解决这一难题呢?这就要靠襟翼来实(shí)现。 

襟翼的一个主(zhǔ)要作用是(shì)协(xié)调这个矛盾,既不(bú)需要很大、很重的机翼,也能在较低的起飞着陆速度(dù)下产(chǎn)生(shēng)足够的升力(lì),使(shǐ)载重、速度(dù)、阻力和油(yóu)耗达(dá)到综合性(xìng)的最佳化(huà)。用整体(tǐ)一块的方式设计机翼不能(néng)同时(shí)满足(zú)大(dà)载重量、低起飞和(hé)着陆速度、低阻(zǔ)力和低耗油率的要求。由于襟翼具体作用(yòng)是(shì)大大提高飞机起(qǐ)飞(fēi)和着陆等低速阶段的升力,因而统称增升(shēng)装(zhuāng)置。 

襟翼(yì)为(wéi)什么能增(zēng)加升力呢?在(zài)速(sù)度一(yī)定(dìng)的情况(kuàng)下,提高升力的(de)办法(fǎ)主要有4种:一(yī)是改变机翼剖(pōu)面形状,增(zēng)加翼型弯度;二是增加机翼面积;三是尽可能保持层(céng)流流动;四是在环绕机翼的气(qì)流中,增加一股喷气气流。襟翼就(jiù)是通过改变翼型弯(wān)度、增加机翼面积、保持层流流动而增加升力的。 

2、飞机襟(jīn)翼样(yàng)式众多 

襟翼概念(niàn)出(chū)现得很早。第一(yī)次世界大战前,由(yóu)于飞机速度提高,要求飞机在低速时也能(néng)产生足够的升力,于是有人开始了最简单的(de)后(hòu)缘襟翼的试验探索。 

为什么(me)飞机要装襟翼? 

简单(dān)襟(jīn)翼就是机翼后缘(yuán)的(de)一部(bù)分。它可以(yǐ)弯曲,这样就会改变(biàn)机翼弯度,提(tí)高升(shēng)力。不久,又(yòu)出现了开裂式襟翼。当它放下时(shí),一方(fāng)面可使翼型变弯,一方面(miàn)会在机(jī)翼后缘形成低压,两方(fāng)面的效果都(dōu)是增加了升(shēng)力。通(tōng)常,开(kāi)裂式襟翼可使(shǐ)升力(lì)系数(shù)提(tí)高75%~85%。同时,开裂式襟(jīn)翼还能增加阻力(lì),对飞机安全、缓慢地着陆(lù)有利。 

20世(shì)纪20年代,英国著名设(shè)计师汉德莱·佩(pèi)奇和德(dé)国(guó)空气(qì)动力学家拉赫曼发明了开缝襟翼。它是一条或几条附着在机翼后缘(yuán)的可动翼片,平时与机翼(yì)合为(wéi)一体,飞机起飞或着(zhe)陆时放下。襟翼片能够增加(jiā)机翼的(de)面积(jī),改变机翼弯度,同时还会形成(chéng)一条或几条缝隙(xì)。增加(jiā)面积可以提高升力,形成(chéng)缝隙可使(shǐ)下表面(miàn)的气流(liú)经(jīng)缝隙流向(xiàng)上表面,使上表面的气流速度提高,可较大范围保持层流,也可使升力增加,并能减少失速现象的发生。开缝襟翼是襟翼(yì)中十分(fèn)重(chóng)要的一种。它也可(kě)以装(zhuāng)在飞机(jī)前缘上,通常都是一条(tiáo)。目前大型飞机(jī)特别是客机都安装了双缝或三缝襟翼,可提高升(shēng)力系数85%~95%,效(xiào)果十分(fèn)显著。 

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

富勒(lè)襟翼(yì)是在机翼(yì)后缘安(ān)装的活动翼面,平时紧贴在机翼(yì)下(xià)表面上(shàng)。使用时,襟翼沿下翼面安装的滑轨(guǐ)后退(tuì),同时下偏。使用富(fù)勒襟翼可以增加翼剖面的弯度(dù),同时能大大增加机翼(yì)面(miàn)积,增升效果非常明显,升(shēng)力系数可提(tí)高(gāo)85%~95%,个别大面积富(fù)勒襟翼的升力(lì)系数可提高110%~140%。这(zhè)种襟翼结构较复(fù)杂(zá),多在大、中型飞机上采用,可大(dà)大改善起降性能(néng)。 

克鲁(lǔ)格襟(jīn)翼位于(yú)机翼前缘。它的外(wài)形相当于(yú)机翼前缘的(de)一部分。使用时利用(yòng)液压作(zuò)动筒将克鲁(lǔ)格襟翼向前下方伸出,既改变了翼型,也(yě)增加了翼面积,增升效果也比较(jiào)好。 

3、飞机(jī)襟翼在(zài)发展中 

襟翼(yì)的发(fā)展(zhǎn)并没(méi)有完结。上面(miàn)介绍的(de)襟翼装置发展比较成熟,还有一类襟翼概念(niàn)提(tí)出的也(yě)很早,但(dàn)直到现在仍不完(wán)善,这就是喷(pēn)气襟(jīn)翼。它(tā)的设计方案很多,基本(běn)思想(xiǎng)都是通过从发动机或高压气瓶引出(chū)气体(tǐ),吸向机翼或襟翼表面(miàn),达到增加升力、推迟分离、降低阻力(lì)、改善失速特性的目(mù)的。由于喷气襟翼(yì)十分复杂(zá),目前只有个(gè)别飞机,如“鹞”式垂直起降飞机(jī)和F4、米格-21轻(qīng)型战斗机使(shǐ)用了喷气襟翼。其试验(yàn)工作仍在进行之中。

特殊襟翼 

我(wǒ)们知道(dào),襟翼的(de)种类有很(hěn)多(duō),除了常用的简单襟翼、开裂襟翼(yì)、开(kāi)缝襟翼和后(hòu)退襟翼等均位于(yú)机翼后(hòu)缘(yuán)的后缘襟翼以外,还有一些与普通后缘襟(jīn)翼(yì)构造有差(chà)别的特殊襟翼(yì),如位于机翼前缘的前(qián)缘襟翼与克鲁格(gé)襟翼,以及可以在机(jī)翼上引入发动机的喷气流(liú),改变空气在机(jī)翼上的流动(dòng)状态的喷气(qì)襟翼。 

前(qián)缘(yuán)襟(jīn)翼:后缘襟翼都位于机翼的后缘(yuán),如果(guǒ)把(bǎ)它的位置移到机翼的(de)前缘,就变成了前缘襟翼(yì)。前缘(yuán)襟(jīn)翼也可以看作是可(kě)偏转的前缘。在(zài)大迎角下,它向下偏转,使前缘与来流之(zhī)间的角度减小,气(qì)流沿上翼(yì)面的流动(dòng)比较光滑,避免发生局部气流(liú)分离,同时也可增大翼型的弯度。 

前缘襟翼(yì)与后缘襟翼配(pèi)合使用可(kě)进一步提高增升效果。一般的后缘襟(jīn)翼有一(yī)个(gè)缺点,就是当它向下偏转时,虽(suī)然能够增大上翼面气流的流速,从而增大(dà)升力系数,但(dàn)同时也使得(dé)机翼(yì)前缘处气(qì)流的局部迎角增大,当飞机(jī)以大迎角飞行时,容易导致机翼前缘上部发(fā)生(shēng)局部的气流(liú)分离,使飞(fēi)机的性能变(biàn)坏(huài)。如果此时采用前(qián)缘襟翼,不但可以消除机(jī)翼前缘上(shàng)部的(de)局部气流分离(lí),改善后缘襟翼的增升(shēng)效(xiào)果,而且其(qí)本身(shēn)也具有(yǒu)增(zēng)升作用。 

克鲁格(gé)襟翼:与前缘襟(jīn)翼作用(yòng)相同的还有一(yī)种克鲁(lǔ)格(Krueger)襟翼。它一般位于机翼(yì)前缘根部(bù),靠作动筒收放。打开时,伸向机翼下前方(fāng),既(jì)增大(dà)机翼面(miàn)积(jī),又增大翼型弯度,具有较好的增(zēng)升(shēng)效果,同(tóng)时构造也(yě)比较简(jiǎn)单。 

喷气襟(jīn)翼:这是目前正在研究中(zhōng)的一(yī)种增升装置。它(tā)的基(jī)本原理是:利用(yòng)从涡轮喷气发动机(jī)引出的(de)压缩空(kōng)气或燃气流,通过(guò)机翼后缘的缝隙(xì)沿整个翼展(zhǎn)向后(hòu)下(xià)方以(yǐ)高(gāo)速喷出,形成一片喷气幕,从而起到襟冀的增(zēng)升作用。这(zhè)是(shì)超音速飞机的一种特殊襟翼,其名称(chēng)来(lái)历就是将“喷(pēn)气”和“襟翼”结合起来。 

喷气襟翼一方面改变了机翼(yì)周围的流场,增加了上下压力差;另一方面,喷(pēn)气的反作(zuò)用力(lì)在垂直(zhí)方(fāng)向上的(de)分(fèn)力也使机翼(yì)升力大(dà)大增加(jiā)。所以,这种装置(zhì)的增升效(xiào)果极好(hǎo)。根据(jù)试验表明,采用喷气(qì)襟翼可(kě)以使升力系数增大到124左右,约为附(fù)面层控制系统增升(shēng)效果的23倍。虽然喷气襟(jīn)翼的增升效果很好(hǎo),但也(yě)有许(xǔ)多尚(shàng)待解决的难题:发动机的(de)喷气量太大,喷流能量(liàng)的损失大;形成的(de)喷气幕(mù)对飞机的稳定性和操(cāo)纵(zòng)性(xìng)有不良(liáng)影响;机(jī)翼构造复杂,重量急(jí)剧增(zēng)加;发动机的(de)燃气流会烧(shāo)毁机场跑道等等。

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