5 机翼的主要受力构件

主要受力构件有：翼梁、墙、桁条、翼肋、蒙皮。

n  布质蒙皮机翼

n   金属蒙皮机翼

Ø  梁式机翼

Ø  单块式机翼

Ø  新型结构机翼：整体结构、夹层结构、多墙式结构

Ø  复合式机翼

n    布质蒙皮机翼

v  蒙皮只承受局部气动力而不参与总体受力

v  早期低速飞机用

n    梁式机翼结构形式：单梁式、双梁式、多梁式

n    梁式机翼结构及受力特点

v  梁（最主要的承力构件）：最强壮，抗弯（上、下缘条受拉压）、剪（腹板），承受弯矩和剪力。

v   桁条：少而弱，支撑蒙皮，受少量弯曲正应力。

v   蒙皮：维持外形，受局部气动力；构成合围框抵抗扭转变形，承受扭矩。

v   翼肋：支撑蒙皮和桁条，维持翼型；安装部件（翼肋需加强）。

n     梁式机翼使用特点

v     与机身的连接简单。

v     便于开口。

v     单梁式结构简单、轻巧，生存力较低。

v     双梁式机翼生存力较高，适于放油箱。

v     多梁式机翼生存力高，适于机翼很薄的飞机。

n     多腹板式机翼

Ø  腹板数量多，无桁条，蒙皮较厚，等强度变厚度蒙皮。

Ø   翼肋较少，一般只在翼根、翼梢和有集中载荷部位布置加强翼肋。

Ø   翼型主要由腹板来保持。

 弯矩造成的轴向力完全由上下蒙皮来承受。

n  单块式机翼结构及受力特点

Ø   有墙无梁或梁弱。

Ø   墙抗剪，受剪力。

Ø   桁条多而强，蒙皮厚。

Ø   蒙皮与桁条组成壁板（主要的承力构件）。

l  抵抗弯曲变形（上压下拉），承受弯矩。

l  构成合围框，抵抗扭转变形，承受扭矩。

Ø   与机身的连接较复杂。

Ø   重量轻，刚度大。

Ø   不便于开口。

Ø   生存力较高。

Ø   适于高速飞机。

n  夹芯结构机翼

Ø  夹芯结构机翼刚度大。

Ø  采用夹芯壁板制造蒙皮、翼肋、腹板等构件。

Ø  夹芯壁板由内外两层薄金属板（或复合材料层合板）与夹芯组成。

Ø  夹芯层为轻金属箔、聚合物制成的蜂窝结构，或聚合物泡沫塑料（如PVC,PMI）、轻质金属波形板。

Ø  夹芯层与表面层合板胶接或焊接。

Ø  应用较广泛的是蜂窝夹层壁板，常见的夹芯材料为NOMEX蜂窝和铝蜂窝。

Ø  蜂窝夹芯结构的缺点：蜂窝壁板上不适合开舱口，不适合承受大的集中载荷，损坏后修补工艺较复杂，连接比较复杂，对环境湿度和温度比较敏感。

Ø  飞机上使用蜂窝夹芯结构的部位：主要是一些承受局部空气动力载荷的非承力构件，如操纵面、调整片、机翼前缘、整流罩等。

n  复合结构

v   根部局部为梁式，便于开口和连接。

v   外段和其它位置为单块式、夹层结构等以减轻重量。

7 机翼构件构造

n  翼梁

Ø   承受机翼的弯矩和剪力。

Ø   腹板式、整体式、桁架式。

Ø   金属大梁

Ø   波纹梁

n  纵墙

n  桁条

Ø  支持蒙皮，限制蒙皮鼓胀或凹陷变形，并将部份局部气动力传给翼肋。

Ø   提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性。

Ø   承受部份弯曲轴向力。

Ø   板弯桁条和拉挤型材桁条。

n  翼肋

v   普通翼肋

Ø  维持机翼剖面形状。

Ø  承受、传递局部气动力。

Ø  支持蒙皮、桁条、翼梁，提高稳定性。

v    加强翼肋

Ø  具有普通翼肋的作用。

Ø  承受、传递集中载荷。

Ø    冲压成型腹板式普通翼肋

Ø    组合式加强翼肋

Ø    桁架式翼肋

Ø    整体式翼肋

n  蒙皮

Ø   形成机翼外表面，承受局部气动力。

Ø   承受机翼扭矩和部份弯矩。

Ø   因承受载荷较大，一般机翼的前缘和翼根部位蒙皮较厚，而后缘和翼尖部位蒙皮较薄。

8 平直机翼的传力分析

n  空气动力的传递

Ø  蒙皮的初始受力

Ø  桁条的传力状态

Ø  蒙皮、桁条和翼肋的连接形式

Ø  翼肋载荷传递给蒙皮和翼梁腹板

l 截面刚心距离前梁腹板的距离： 

l 气动力造成的扭矩
 

Ø  翼梁的平衡和载荷传递 

Ø  翼梁缘条与机翼壁板的载荷传递

Ø  蒙皮总体载荷的传递

l 翼肋的内力图

l 蒙皮的应力状态

l 翼肋承受集中载荷时的平衡状态

n  集中载荷的传递

结构维护工作中需要注意：

①传递集中载荷的固定接头应加强检查，注意观察接头上的紧固件孔边和接头根部是否有微小裂纹出现。

②检查机翼时应当注意观察各部分的铆缝情况，因为机翼各构件都是通过铆钉来传力的。

③检查铆缝时，可以根据飞机的具体情况（重着陆，超速，过载超限等），确定必须着重检查的部位。

④注意检查大梁上下缘条、大梁接头、下桁条等高应力区有无裂纹，上桁条、蒙皮有无失稳导致的褶皱。

9 后掠机翼

后掠翼的优点和缺点

Ø  优点：后掠翼垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度，只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波（即提高了临界马赫数），推迟了机翼上激波的产生，出现激波时也可减弱激波强度，降低飞行阻力，节省燃油。

Ø  缺点：

l 亚声速时升力效率较低，翼尖容易先失速，失去对飞机的横滚控制，一般会在翼尖安装前缘缝翼来防止翼尖过早失速。

l 由于存在展向分速，实际有效的法向分速降低，升力也降低了。

l 后掠翼上的气流沿”S“形流过，在翼根处流管扩张，流速减慢，升力降低；在翼尖处流管收缩，升力增大。因此翼尖前缘处会有很大的吸力峰，气流迅速加速，随即又遇到很陡的逆压梯度区，立刻减速，边界层很容易分离，导致失速。

l 扭转刚度差、亚声速时诱导阻力较大等缺点。

l 后掠机翼的结构形式与平直机翼相同，可以采用梁式、多腹板式、单块式、夹芯结构机翼或混合式结构。

Ø  采用涡扇或涡喷发动机的现代中、大型运输机一般都采用中等后掠（后掠角约30度左右）、大展弦比机翼，这样的机翼既具有良好的高空高亚音速性能，又可以配合增升装置获得很好的低空低速性能。

10 机翼的对接形式

n  梁式机翼的对接形式

n  单块式机翼的对接形式

Ø  对接板式连接

Ø  抗拉螺栓连接

Ø  对接板和抗拉螺栓组合式连接

11 机翼的前后缘操纵面

n  概述

Ø  机翼的前后缘安装有增升装置、扰流板和副翼等操纵面。

Ø  增升装置的功能是为了提高飞机在低速大迎角状态的气动性能，提高飞机的最大升力系数 ，减小大迎角下的失速速度，在飞机起飞和着陆阶段保证飞行安全，缩短滑跑距离。

Ø  各种不同的增升装置主要作用都是提高机翼的最大升力。

Ø  前缘增升装置约占机翼弦长的 8-15% ，后缘增升装置约占机翼弦长的 25-35%。

Ø  增升装置主要原理：将下翼面高能量气流通过狭缝导流以适合的角度从上翼面吹出，提高上翼面附面层气体动能，抑制气流分离；增大机翼的面积；增大机翼的弯度。

Ø  前缘增升装置的类型主要包括：固定缝翼、克鲁格襟翼、下偏前缘、前缘变弯度缝翼等。

Ø  后缘增升装置的类型包括：简单襟翼、开裂襟翼、富勒襟翼、单开缝襟翼、双开缝襟翼、多开缝襟翼、喷气襟翼等。

Ø  机翼上表面襟翼前缘位置安装扰流板，大型运输的扰流板数量可以超过10个（5对）。

Ø  一部分作为飞行扰流板使用，实现空中减速、横滚操纵、过载保护等功能。

Ø  飞机着陆时，所有扰流板都作为地面扰流板使用。地面扰流板在主起落架接地后升起，卸除机翼的升力，防止飞机反跳和拉飘，增大机轮与地面正压力，帮助飞机刹车减速。

Ø  现代运输机通常会安装两对副翼，一对靠近翼根的内侧副翼和靠近翼梢的外侧副翼。

Ø  内侧副翼也称为全速副翼，外侧副翼则一般只在飞机低速飞行时使用，称为低速副翼。

Ø  低速副翼在飞机高速飞行时被锁定，防止由于机翼扭转变形导致副翼反效。

Ø  有些飞机在起降阶段为了增大低速状态的升力，使副翼和襟翼一样同向下偏，这种副翼也被称为襟副翼。

n  传动方式

Ø  液压驱动：通过液压作动器或液压马达驱动。

Ø  电机驱动：通过机械驱动轴、齿轮箱等来驱动。

Ø  钢索传动：通过钢索回路实现双向传动。

n  液压驱动的优点：

l 安装简单，部件少。

l 用压部件数量上升会提高整个液压系统的效率。

l 重量较轻，系统主要由管路、液压油、活门、作动器和安装支撑结构等组成。

n  液压驱动的缺点：

l 可能出现的液压油泄漏和系统失效会导致增升装置失效。

l 增大了机翼相关部分失火的风险。

n  电机驱动的优点：

l 通过机械传动系统进行操纵更可靠。

l 系统的工作是完全独立的：采用完全独立工作的电机。

l 不会对机翼带来着火的风险。

n  电机驱动的弱点：

l 电机、传动轴、齿轮箱和驱动丝杠会使系统重量很大。

l 轴承、丝杠、齿轮等数量庞大的易磨损件需要经常更换。

l 维护工作量较大，需要定期更换齿轮箱润滑油，对外部磨损部件进行润滑。

n  机翼前缘增升装置

Ø  前缘缝翼

l 缝翼尺寸较小，曲率较大，受上翼面空气吸力较大。

l 缝翼放下时机翼阻力增量和俯仰力矩增量较小。

l 分布于整个翼展区域的缝翼可以将最大升力系数提高0.5-0.9。

l 超大展弦比的结构特征使缝翼后缘容易在空气吸力作用下翘起，需安装多个止动卡笋。

l 襟翼收放滑轨一般由高强度钢或钛合金制造。

Ø  克鲁格襟翼

l 克鲁格襟翼在波音飞机上通常安装在机翼内侧前缘，可以使飞机在出现失速时获得纵向稳定性。

l 分类：固定转轴式克鲁格襟翼和变弯度克鲁格襟翼。

Ø  下偏前缘

l 增升效率低于缝翼，但具有结构简单、刚度大、适合薄翼型飞机等特点。

l 适合用于机翼前缘尖锐的超音速薄机翼飞机。

l 防止高过载机动飞机前缘出现早期的气流分离。

l 自适应机翼采用下偏前缘。

Ø  开裂式襟翼

l 下偏时阻力增量较大。

l 结构简单，重量轻，增升效率较低，应用较少。

Ø  普通襟翼

l 普通襟翼与后梁的间隙封闭起来时，增升效率更高。

l 下偏角度超过10-15度时，翘起的襟翼前端后方气流会立刻分离，增升效率会逐渐下降，阻力逐渐增大到与开裂襟翼相似的程度。

l 通用飞机和战斗机采用普通襟翼较多。

Ø  单缝襟翼

l  偏转角度可以达到约40度，并保持边界层稳定。

l  增升效率对狭缝的形状敏感。

l  由轨道和滑板组件实现收放。

l  通用飞机的单缝襟翼转轴常采用固定式。

Ø  双缝襟翼

Ø  三缝襟翼

Ø  富勒式襟翼

Ø  襟翼的构造

n  扰流板和副翼

Ø  扰流板

Ø  副翼

12 特殊形式的机翼

n  前掠机翼

n  变后掠机翼

n  折叠机翼