一架飞机在高空正常飞行的时候(hòu),机翼看起(qǐ)来好像是(shì)一个整体。其实(shí)不然,机(jī)翼前缘、后缘(yuán)都装(zhuāng)有长短、宽度不(bú)同的翼片,有(yǒu)的可向下(xià)偏转(zhuǎn),有的可向(xiàng)前伸出,有的(de)可向后滑退,可谓五花八门。由(yóu)于这些翼片是机翼(yì)的附属物,并且(qiě)可以(yǐ)偏折,正像我们(men)穿的衣服下襟随(suí)风摆动(dòng)一样(yàng),因此(cǐ)科学家给这些翼片起了一个十(shí)分形象的(de)名称———襟翼。平时飞(fēi)机停在(zài)机(jī)场上或在高空(kōng)飞行时,襟翼都收拢(lǒng)在(zài)机翼(yì)前缘或后缘上,一旦飞机进入(rù)起飞或(huò)着陆阶段,它(tā)们的(de)原形就显露了出来。
飞机为什(shí)么要装襟(jīn)翼呢?
1、襟翼的奥秘(mì)在(zài)于提(tí)高升(shēng)力
机翼的作用(yòng)就是产生足够的(de)升力使(shǐ)飞机能飞上天(tiān)空。如果机翼是一个整(zhěng)体的话,那么在机(jī)翼面积、翼型、展弦比确定的(de)情况下(xià),它的(de)最大升力也就是确定不变的了。如果飞机的全部重量是(shì)50吨(dūn),机翼必须产生(shēng)490千牛以上的升力(lì)才能(néng)飞(fēi)起(qǐ)来(lái)。我们知道,机翼面积越大,升力越(yuè)大;速度越大,升力也越大。换句话说就(jiù)是:在升力一定的情况(kuàng)下,机(jī)翼面积越大(dà),起(qǐ)飞速度可以越小;起飞(fēi)速度越大,机翼面(miàn)积可以(yǐ)越(yuè)小。因此,为了把这50吨的(de)飞(fēi)机弄上天,我们可以采取这样(yàng)两个办法:一(yī)是(shì)选用面积(jī)较小的机(jī)翼,通过加大(dà)起飞速度(dù)使升力超过490千牛;二是使起飞(fēi)速(sù)度保(bǎo)持在较低(dī)的值上,通过(guò)采用大(dà)面积机翼以产生490千牛以(yǐ)上的(de)升力。
这两个(gè)办法(fǎ)行不行呢?第一个办法机翼面积较小,飞机的结构重(chóng)量就(jiù)较轻,这是优点,但起飞(fēi)速度(dù)大是很(hěn)不利的,一(yī)方面要求(qiú)机场跑(pǎo)道很长,这很不(bú)合算,对(duì)舰(jiàn)载飞机更是不利;另一方面,高滑跑速度对安全(quán)的威胁极大。第(dì)二个方法起飞(fēi)速度低,有利(lì)于缩短滑跑距离,但当(dāng)飞机(jī)起飞后(hòu)速度增加,大(dà)面积机翼便成了累赘,不(bú)但(dàn)重量大使载(zǎi)重(chóng)量(liàng)大大减少,而(ér)且会使阻力剧增,飞机(jī)的(de)耗油量因(yīn)此(cǐ)显著增加。这种(zhǒng)低(dī)速(sù)时(shí)升力(lì)小、高速时阻力大(dà)的问题(tí)称为(wéi)飞机的高低速矛盾。怎(zěn)样解(jiě)决这一难题呢?这就要靠襟翼来实现。
襟翼的一个主要作用(yòng)是(shì)协调这(zhè)个(gè)矛盾,既不(bú)需(xū)要很(hěn)大、很重的机翼,也能在较低(dī)的起飞(fēi)着陆速(sù)度(dù)下产生足够的升力,使载(zǎi)重、速度、阻力和(hé)油耗(hào)达到综合性的最佳化。用整体一块的方式设计机翼不能同(tóng)时满(mǎn)足(zú)大载(zǎi)重量、低起飞和着陆速度、低阻力和低耗油率的(de)要求。由于(yú)襟翼具体作用是大大提高飞机起飞和着陆(lù)等低速(sù)阶段的升力,因而统称增(zēng)升装置。
襟翼为什么能增加升(shēng)力呢(ne)?在(zài)速度一定的情况下,提高升力(lì)的办法主要有4种:一是改变(biàn)机(jī)翼剖面形状,增加翼型(xíng)弯度;二是增加机翼面积;三是尽可能(néng)保持层流流动;四是在环绕机(jī)翼的气流中,增加一股喷气(qì)气流。襟翼就(jiù)是通(tōng)过改变翼型弯度、增加机翼面积、保持层流流动而增(zēng)加(jiā)升力的。
2、飞机襟翼样式众多
襟翼概念(niàn)出现得很(hěn)早。第一次世界大战前,由(yóu)于飞(fēi)机速度提高(gāo),要求飞机在低(dī)速(sù)时(shí)也能产生足够的(de)升力(lì),于是有(yǒu)人开始了最简单的(de)后(hòu)缘襟翼的试验(yàn)探(tàn)索。
为(wéi)什么飞机要装(zhuāng)襟翼?
简(jiǎn)单襟(jīn)翼就是机翼后缘的一部分。它可以弯(wān)曲,这(zhè)样就会改变机翼(yì)弯度,提(tí)高升力。不久,又出(chū)现了开(kāi)裂式襟翼。当它(tā)放下时,一(yī)方面可使翼型变弯(wān),一方面会在机翼后(hòu)缘(yuán)形成低压,两方面的效果都是增加了升力。通(tōng)常(cháng),开裂式襟翼可(kě)使(shǐ)升力系数提高75%~85%。同时,开裂式襟翼还能增加阻力,对飞机安(ān)全、缓慢地(dì)着陆有利。
20世纪20年代(dài),英国著名设计师(shī)汉德莱·佩奇和(hé)德国空气动力学(xué)家拉赫曼发(fā)明了开缝襟翼。它是一条(tiáo)或几条附(fù)着在机翼(yì)后缘的可(kě)动翼片,平(píng)时与(yǔ)机翼合为一体,飞机起飞(fēi)或(huò)着(zhe)陆时放下。襟翼片能够(gòu)增(zēng)加机翼的面积,改(gǎi)变(biàn)机翼弯度(dù),同(tóng)时还会形(xíng)成一条或几(jǐ)条缝隙。增加面(miàn)积可(kě)以提高升(shēng)力,形成缝隙可使下表(biǎo)面的气流经缝隙流向上表面,使(shǐ)上表面(miàn)的气流速度提(tí)高(gāo),可(kě)较大范围保持(chí)层流,也可使(shǐ)升力增加(jiā),并能减少失速现象的发(fā)生。开缝襟(jīn)翼(yì)是襟翼中十(shí)分重要(yào)的一种。它(tā)也可以装在飞机(jī)前缘上,通常都是一条。目前大(dà)型飞(fēi)机特别是客机都安装了双(shuāng)缝或三缝(féng)襟翼,可提高升力系(xì)数85%~95%,效果(guǒ)十(shí)分显(xiǎn)著。
还有两种(zhǒng)襟翼也很(hěn)常见,一(yī)种是富勒襟翼,一种(zhǒng)是克鲁格襟翼(yì)。
富勒襟翼是在机翼后缘安装的活动翼面,平时紧贴在机(jī)翼下表面上。使用时,襟翼沿下翼面(miàn)安装的滑轨后退,同时下偏。使用(yòng)富勒襟翼可(kě)以(yǐ)增加翼剖(pōu)面的弯(wān)度,同时能大大增加机翼面积,增升(shēng)效果非(fēi)常(cháng)明(míng)显,升力系(xì)数(shù)可提(tí)高85%~95%,个别大面积富勒襟翼的升力系数可(kě)提高110%~140%。这种襟翼结构较(jiào)复杂,多在大(dà)、中型(xíng)飞(fēi)机上采用,可大大改善起降性能。
克鲁格(gé)襟翼位于机翼(yì)前缘(yuán)。它的(de)外形相(xiàng)当于机(jī)翼前缘的一部分。使用时利用液压作动筒将克鲁格襟(jīn)翼向前下(xià)方伸(shēn)出(chū),既改变了翼型(xíng),也增加了(le)翼面(miàn)积,增升效果也比较(jiào)好。
3、飞机襟翼在发(fā)展中
襟翼的发展并没有完结。上面介(jiè)绍的(de)襟翼装置发(fā)展比(bǐ)较成(chéng)熟,还有一类襟(jīn)翼概念提出的也很(hěn)早,但直到(dào)现(xiàn)在仍不(bú)完善,这就是喷(pēn)气襟翼。它的设计方案很多,基(jī)本思想都是(shì)通过从发动机或高压气瓶引出气体,吸向机翼或襟翼表面,达到增加(jiā)升(shēng)力、推迟(chí)分(fèn)离、降低阻力、改善失速特(tè)性的目(mù)的。由于喷气襟翼十分复(fù)杂,目前只有个别飞机,如“鹞(yào)”式垂直起降飞(fēi)机(jī)和F-4、米格-21轻(qīng)型(xíng)战斗机使用了喷气襟翼。其试验工作仍在进行之中。
特殊襟翼
我们知道,襟翼的种类有很多,除了常(cháng)用的(de)简单襟翼、开裂襟翼(yì)、开(kāi)缝襟翼和后(hòu)退襟翼等均位于机翼后缘的后(hòu)缘襟翼(yì)以外,还有一些(xiē)与普通后缘襟(jīn)翼构造有差别的(de)特殊襟翼,如位(wèi)于机翼前缘的前缘襟翼与(yǔ)克鲁格襟翼,以及可以在机翼上(shàng)引入发动(dòng)机的喷气(qì)流,改(gǎi)变空气在机(jī)翼上的流动状态的喷气襟翼。
前缘襟翼(yì):后缘襟翼都位于机翼的后缘,如果把它的位置移到机(jī)翼的(de)前缘,就变(biàn)成了前(qián)缘襟(jīn)翼。前缘襟翼也(yě)可以(yǐ)看(kàn)作是可(kě)偏(piān)转的(de)前缘。在大迎角(jiǎo)下,它向下偏转,使前缘与来流之间的角度(dù)减小,气流(liú)沿上翼面的流动比较(jiào)光(guāng)滑(huá),避免发生局部气(qì)流(liú)分离,同时也可增大(dà)翼(yì)型的弯度。
前缘襟翼(yì)与后(hòu)缘襟翼配(pèi)合使(shǐ)用可进一(yī)步提高增(zēng)升效果。一般的后缘襟翼有一个缺(quē)点,就是当它向下偏转时,虽然能(néng)够增大上翼面(miàn)气流的流速(sù),从而增大升(shēng)力系数,但同时也使(shǐ)得机翼前缘(yuán)处气流的局部迎角增大,当飞(fēi)机以大迎角(jiǎo)飞行时,容易导致机翼前(qián)缘上部(bù)发(fā)生局(jú)部的气流分(fèn)离,使飞机的性能变(biàn)坏。如果此时采用前缘襟翼,不但可以消除机翼前缘上(shàng)部的局(jú)部(bù)气流分离(lí),改善后缘襟翼的(de)增升(shēng)效果,而(ér)且其(qí)本身也具有增升作用。
克鲁格襟翼:与前缘襟翼作用相同(tóng)的还有一种(zhǒng)克(kè)鲁格(Krueger)襟翼。它一(yī)般位于机翼前(qián)缘根(gēn)部,靠(kào)作动(dòng)筒收放(fàng)。打开时,伸(shēn)向机翼下前方,既增大机翼面积,又增大翼型弯度,具有较(jiào)好的增(zēng)升(shēng)效果,同时构造也比较简单。
喷气(qì)襟(jīn)翼(yì):这(zhè)是目前(qián)正在研(yán)究中(zhōng)的一(yī)种增升装(zhuāng)置。它的基本(běn)原理是:利用(yòng)从涡(wō)轮喷气发动机(jī)引出(chū)的压(yā)缩空气(qì)或燃气流,通过机(jī)翼(yì)后缘的缝隙沿整个翼展向后(hòu)下方以高速喷出,形成一片喷(pēn)气幕(mù),从而起到襟(jīn)冀的增升(shēng)作用。这是超音速飞机(jī)的(de)一种特殊(shū)襟翼(yì),其名称(chēng)来(lái)历就是将“喷气(qì)”和“襟翼”结合起来(lái)。
喷气襟(jīn)翼一方面改变(biàn)了机(jī)翼周围(wéi)的流场,增加了(le)上下压力差(chà);另(lìng)一方(fāng)面,喷(pēn)气的反作用力(lì)在垂直方向(xiàng)上的分力也使机翼升力(lì)大大增加。所以,这种装置的增(zēng)升效果极好。根据试验表明,采用喷气襟翼可以使升力系数(shù)增大到12.4左右,约(yuē)为附面层控(kòng)制系统增升效果的2~3倍。虽然(rán)喷气襟翼的增升(shēng)效果很好,但也有许多尚待解决的难(nán)题:发动机的喷(pēn)气量太大(dà),喷流(liú)能量的损失大;形成的喷气幕对(duì)飞机(jī)的(de)稳定性和操纵性有(yǒu)不(bú)良影响;机翼(yì)构造复杂(zá),重量急(jí)剧增加;发(fā)动(dòng)机的燃气流(liú)会烧毁(huǐ)机场跑道等等。

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