描述机翼外形的主要几何参数有翼展、翼面积(机翼俯仰投影面积)、后掠角(主要有前缘后掠角、1/4 弦后掠角等)、上反角、翼剖面形状(翼型)等(图2a)。常用基本翼型有低速翼型、尖峰翼型、超临界翼型和前缘较尖锐的超音速翼型。此外还有以下一些重要的相对参数:①展弦比:机翼翼展与平均弦长(机翼面积被翼展除)之比;②梢根比:机翼翼梢弦长与翼根弦长之比;③翼型相对厚度:翼型最大厚度与弦长之比。
这些参数对机翼的空气动力特性、机翼受载和结构重量都有重要影响。扭转 各翼剖面翼弦不在同一平面内的机翼叫扭转机翼。在后掠机翼上,通常是将翼梢剖面相对根部剖面向下扭转,使翼梢剖面迎角减小(负扭转)。这样,使翼梢部分升力降低,可防止翼梢先开始失速,称为几何扭转。在有的机翼上,虽然各剖面翼弦在同一平面上(无几何扭转),但是沿展向采用了不同弯度的非对称翼型。从空气动力的角度来看,它实际上与几何扭转的作用相同,也起控制机翼展向升力分布的作用。这种情况称为气动扭转。在实际机翼上,常见的是气动扭转,或两者兼有。
前缘缺口 多开在后掠翼和三角翼半翼展中间前缘处,缺口长度约为弦长的5%(图3b)。在大迎角时缺口处气流产生强烈的旋涡,改变机翼升力沿展向的分布,同时也起防止翼梢气流分离的作用。
前缘锯齿 外翼的翼弦向前延伸10%左右,使机翼前缘呈锯齿状(图3c)。它多用于后掠和三角薄机翼,作用与翼刀类似。在很多前缘较尖的薄机翼上,前伸部分的前缘适当修圆一些,并像前缘襟翼那样下偏一个角度(前缘下垂)。它可以改善外翼气流流动状况,改善机翼在大迎角时的纵向稳定性。
锥形扭转 机翼的前缘部分从翼根到翼梢逐渐增加下垂的范围和角度,使前缘部分的弦面成为锥面的一部分(图3d)。锥形扭转多用于超音速三角翼飞机。锥形扭转可以推迟尖锐前缘机翼的气流分离,并且使前缘吸力向前倾斜,因而可以降低飞行中的诱导阻力(见空气动力特性)。
飞行中作用在机翼上的主要载荷是空气动力(气动载荷)。它可分解为升力和阻力。机翼阻力比升力小得多,且机翼弦向刚性很大,由阻力引起的机翼变形和内力很小。对机翼来说,主要的气动载荷是升力。
在稳定平飞时,如果忽略平尾上较小的升力,则飞机的重力全由机翼升力来平衡。这时的升力还不算太大,但是飞机在飞行中要经常变换姿态。如由平飞转向爬升,由下滑中拉起,水平转弯以及空中翻筋斗等,都具有曲线机动飞行的特点。其离心力(惯性力)是由机翼提供的额外升力来平衡的。这时机翼的升力就大于飞机重力。机翼升力与飞机重力之比称为过载系数n。常用n表示飞机的受载情况。在稳定平飞状态时n=1(或称1g飞行)。飞机从俯冲中拉起或平飞中遇到垂直向上的阵风时n>1(图4),机翼升力等于nG(G为飞机重力)。当n为负值时表示飞机处于负升力状态。对于需要作剧烈机动飞行的歼击机,其最大过载系数可达6~9;对于运输机,n=2.5左右。机翼在升力、重力和惯性力作用下向上弯曲,并在结构内部引起内力(弯曲应力)。机翼上表面受压,下表面受拉,因而在翼剖面上产生一个平衡外载的弯矩和垂直向上的切力。它们沿翼展方向的变化见图5 。此外机翼的外载荷常与结构弯曲中心不一致,还会引起机翼的扭转变形。由于机翼剖面为扁平状,对于承受扭转非常不利。
机翼由表面的蒙皮和内骨架组成。机翼结构的基本作用是构成机翼的流线外形,同时将外载荷传给机身。机翼结构在外载荷作用下应具有足够的强度、刚度和寿命。足够的刚度既指蒙皮在气动载荷作用下保持翼型形状的能力,也包含机翼抵抗扭转和弯曲变形的能力(图6 )。
蒙皮 是构成并保持机翼形状不可缺少的结构元件。早期飞机上的布质蒙皮(蒙布)仅起维持外形的作用,机翼上的气动力通过蒙布的张力传递给机翼骨架。随着飞机飞行速度的提高,气动载荷增大,蒙布因难以保持外形而渐被淘汰。采用金属铝蒙皮后,开始用它与骨架一起作为主要受力构件,首先是用来传递扭矩载荷。由于蒙皮沿机翼外廓分布,所以能提高机翼扭转刚度。后来气动载荷进一步增大,要求提高机翼扭转刚度,蒙皮厚度不断增加,同时为了提高蒙皮的刚度又用桁条加强,因此蒙皮在承受机翼弯矩方面起越来越大的作用。联系客服