一架飞机在高空正常飞行(háng)的时(shí)候,机翼看(kàn)起来好像(xiàng)是一个整体。其实不然(rán),机翼前缘、后缘都装有长短、宽度不(bú)同的翼(yì)片,有的(de)可向下(xià)偏(piān)转,有的(de)可向(xiàng)前伸出,有的(de)可(kě)向后(hòu)滑(huá)退(tuì),可谓五花八门(mén)。由于这些翼片是机翼的附属(shǔ)物,并且可以偏折,正像我们穿的衣服下襟随风(fēng)摆动一样,因(yīn)此科学(xué)家(jiā)给这些翼(yì)片起了(le)一个十分(fèn)形象的(de)名称———襟(jīn)翼(yì)。平时飞(fēi)机停在机场上或在(zài)高空飞行时,襟(jīn)翼都收拢在机翼前缘或后缘上,一旦飞机进入起飞或着陆阶段,它(tā)们的原形就显(xiǎn)露(lù)了(le)出来。
飞机为什么(me)要(yào)装襟翼呢?
1、襟翼(yì)的奥秘在(zài)于提高(gāo)升力(lì)
机(jī)翼的作用就是产生足够的升力(lì)使飞机能飞上天空。如果机翼是一个(gè)整体的(de)话,那么在机翼(yì)面积、翼型、展弦比(bǐ)确(què)定(dìng)的情况下,它的最(zuì)大升(shēng)力也就是确定不变的了(le)。如(rú)果飞机的全(quán)部重量是(shì)50吨,机翼必须产(chǎn)生490千牛以上(shàng)的升力才能飞起来。我们知道,机翼面积越大(dà),升力越大;速(sù)度越(yuè)大,升力也(yě)越大。换(huàn)句话说就是(shì):在升力(lì)一定的情(qíng)况下,机翼面积越大,起飞速度可以越小;起飞速度越大,机翼面积可以越小。因此,为了把这50吨的飞机弄上天,我(wǒ)们可以(yǐ)采取这样两个(gè)办法:一是(shì)选用面积较小的(de)机翼,通过加(jiā)大起飞速(sù)度使升力超过490千牛(niú);二是使起飞速度保持在(zài)较低的(de)值上,通过采用(yòng)大面积(jī)机翼以产生490千牛(niú)以上的升力。
这两个办法行不行呢(ne)?第一个办法(fǎ)机翼面积较小,飞(fēi)机的结构重(chóng)量就较轻,这是优点,但起飞速度大(dà)是很不(bú)利(lì)的,一方面要求机场(chǎng)跑(pǎo)道(dào)很长,这很不合算(suàn),对(duì)舰载(zǎi)飞机更是不利(lì);另一方面,高滑跑速度对安全的威(wēi)胁极大。第二(èr)个(gè)方法起(qǐ)飞速(sù)度低(dī),有利于缩短滑跑距离,但当(dāng)飞机起飞(fēi)后(hòu)速度增加,大面积机(jī)翼便成了累赘,不(bú)但(dàn)重量大使载重量大大减(jiǎn)少,而且会使阻力剧增,飞机的耗油量(liàng)因此显著增加。这种低(dī)速时升力小、高速时(shí)阻(zǔ)力大的(de)问题(tí)称(chēng)为飞(fēi)机(jī)的高(gāo)低速矛盾(dùn)。怎样解(jiě)决这一难题呢?这就要(yào)靠襟翼(yì)来实现。
襟翼的一个主要(yào)作用是协(xié)调(diào)这个矛盾,既不需要很大、很重的(de)机翼,也能在较低的起飞(fēi)着陆速度下产生足够的升力,使(shǐ)载重、速度、阻力和油耗达到综合性的(de)最佳(jiā)化。用整(zhěng)体一块的方式设计(jì)机(jī)翼不能同时满足(zú)大(dà)载重量(liàng)、低起飞和着陆速度(dù)、低阻力和低耗(hào)油率的(de)要求。由于襟翼(yì)具(jù)体作用是大大提高飞机起(qǐ)飞和着(zhe)陆等低(dī)速(sù)阶段的升力,因(yīn)而统称增(zēng)升装(zhuāng)置(zhì)。
襟翼为(wéi)什么能增加升力(lì)呢?在(zài)速度一定的情况下,提高升力的办法主要有4种(zhǒng):一是改变(biàn)机翼剖面形状,增加翼型(xíng)弯度;二是增加机翼面积;三(sān)是(shì)尽(jìn)可能保持(chí)层(céng)流流动(dòng);四是(shì)在环绕机翼的气(qì)流中(zhōng),增加一股(gǔ)喷气气(qì)流。襟(jīn)翼(yì)就(jiù)是通过改(gǎi)变(biàn)翼型弯度、增加(jiā)机翼面积、保持层流流动而增(zēng)加(jiā)升力(lì)的。
2、飞(fēi)机襟翼样式众多
襟翼概念(niàn)出现得很(hěn)早。第一次世界(jiè)大战前,由于飞机(jī)速(sù)度提(tí)高,要求(qiú)飞机在低(dī)速时也能产(chǎn)生足够的升力,于(yú)是有人(rén)开始了最简单的后缘襟(jīn)翼的(de)试验探索。
为什么飞机要装(zhuāng)襟翼(yì)?
简(jiǎn)单襟翼(yì)就是机翼(yì)后缘(yuán)的一部分。它(tā)可以弯曲,这(zhè)样就会改变机翼(yì)弯度,提高升力。不久,又出(chū)现了(le)开裂式襟(jīn)翼(yì)。当它放下时,一方面可使翼型变(biàn)弯,一方面会在机(jī)翼后缘形(xíng)成低(dī)压(yā),两方(fāng)面的效(xiào)果都(dōu)是增加了升力。通常,开(kāi)裂(liè)式襟翼可使升力系数提高75%~85%。同时,开裂式(shì)襟翼还能增加阻(zǔ)力,对飞机(jī)安全、缓慢地着陆(lù)有利。
20世纪20年代,英(yīng)国著名(míng)设计师(shī)汉(hàn)德莱·佩奇(qí)和德(dé)国空气(qì)动(dòng)力(lì)学家拉赫(hè)曼发明了开缝襟(jīn)翼。它是(shì)一条或几条附着在机翼后缘的可动翼(yì)片,平时与机(jī)翼合为一体,飞机起飞或着陆(lù)时放下。襟翼片能够增(zēng)加机翼的面积,改变机翼弯度,同(tóng)时(shí)还会形成一条(tiáo)或几条缝(féng)隙(xì)。增加面积(jī)可(kě)以(yǐ)提高升(shēng)力,形成(chéng)缝隙可使下表面的气流经缝(féng)隙流向(xiàng)上表面,使上表面的气流速度提(tí)高,可较大范围保持层流,也可使升(shēng)力增加(jiā),并能减少失速(sù)现象的发生。开缝襟(jīn)翼是襟翼中十分重要的一种。它也可以装在飞机前(qián)缘上(shàng),通常都是一(yī)条。目(mù)前大型飞机(jī)特别(bié)是客(kè)机都安装(zhuāng)了(le)双缝或三缝襟(jīn)翼,可提高升力(lì)系数85%~95%,效果十分显著。
还有(yǒu)两种襟翼也很常见,一种是富勒襟翼(yì),一种是克鲁(lǔ)格襟翼。
富勒襟翼(yì)是在机翼(yì)后缘安(ān)装的活动(dòng)翼面,平时(shí)紧贴在机翼下表(biǎo)面上。使用时,襟翼沿(yán)下翼(yì)面安装的(de)滑轨后退,同时(shí)下偏。使(shǐ)用富勒襟翼可以增(zēng)加翼剖(pōu)面的(de)弯度,同时能大大增加机(jī)翼面积(jī),增(zēng)升效果非常(cháng)明显,升力系数可提高85%~95%,个别大(dà)面(miàn)积富(fù)勒襟翼的升力(lì)系数可提高(gāo)110%~140%。这种襟翼(yì)结构较(jiào)复杂,多在大(dà)、中(zhōng)型飞机上采用,可大(dà)大改善起降性(xìng)能。
克(kè)鲁格(gé)襟翼位于机翼前缘。它的(de)外形相当于(yú)机翼前缘的(de)一部分。使用时利(lì)用液压作动筒将克(kè)鲁格襟翼向前下方伸出,既改变了(le)翼型,也(yě)增加(jiā)了翼面积,增升效果(guǒ)也比较好。
3、飞机襟翼在发展中
襟翼(yì)的发展并没有(yǒu)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(gài)念(niàn)提出的也很(hěn)早(zǎo),但直到现在仍不完(wán)善,这就是(shì)喷(pēn)气(qì)襟翼(yì)。它的(de)设计方(fāng)案很多,基本思(sī)想都是通(tōng)过(guò)从发动机或高压气(qì)瓶引出气体,吸向机翼或襟翼表面(miàn),达到增加升力、推迟分(fèn)离、降低阻力(lì)、改善失速特性的目的。由于(yú)喷气襟(jīn)翼(yì)十(shí)分复杂,目前只(zhī)有个别飞机,如“鹞”式垂(chuí)直起降飞(fēi)机和F-4、米格-21轻型战斗机使用了喷气襟翼。其试验(yàn)工(gōng)作仍在进行之中。
特殊襟翼
我(wǒ)们知道,襟翼的(de)种类有很多,除了常用的(de)简单襟翼、开裂(liè)襟(jīn)翼、开缝襟(jīn)翼和后退襟翼等均(jun1)位于机翼后缘的后缘襟翼以(yǐ)外,还有一些与普通(tōng)后缘襟(jīn)翼构造(zào)有差别的特(tè)殊(shū)襟翼,如位于(yú)机翼前缘的前(qián)缘(yuán)襟(jīn)翼与克鲁格襟(jīn)翼,以及可以在机(jī)翼上(shàng)引入发(fā)动机的(de)喷气流,改变空(kōng)气在机翼上的流(liú)动状态的喷气襟翼。
前缘襟翼:后缘襟翼都位于机翼(yì)的后缘(yuán),如果把它的位置移到机翼的前缘,就变成了(le)前缘襟翼。前缘襟翼也可以看作是(shì)可偏转的前缘。在大迎角下,它向下偏转(zhuǎn),使前缘与来流之间的角(jiǎo)度减(jiǎn)小(xiǎo),气流(liú)沿上翼面的(de)流动比(bǐ)较光滑,避免(miǎn)发生局(jú)部(bù)气流分离,同时(shí)也可(kě)增大翼型的弯度(dù)。
前缘襟翼与后缘襟翼配合使用可进(jìn)一(yī)步提(tí)高增升效果。一般的后缘(yuán)襟翼有一个缺点,就是(shì)当它(tā)向下偏转时,虽然能够增大上翼面气流的流速(sù),从而(ér)增(zēng)大升力系数,但同时也使得机翼前缘处气(qì)流的局部(bù)迎角增大,当飞机以大迎(yíng)角飞行时(shí),容(róng)易导(dǎo)致(zhì)机翼前缘上部发(fā)生局部的气流(liú)分离,使飞机的性(xìng)能变坏。如果(guǒ)此时采(cǎi)用前(qián)缘襟(jīn)翼,不但可以消除机翼前缘上部(bù)的局部气流分离(lí),改善(shàn)后缘襟翼的(de)增(zēng)升效果,而且其本(běn)身也具(jù)有增升作用。
克鲁格襟翼:与前(qián)缘襟翼(yì)作用相同的还(hái)有一种(zhǒng)克鲁格(Krueger)襟翼。它一般位于(yú)机翼前缘根(gēn)部,靠作动筒收放(fàng)。打开时,伸向机翼下前(qián)方,既增大机(jī)翼面积,又增(zēng)大(dà)翼型弯(wān)度,具有较好的增升效果,同时构造也比较简单。
喷气襟(jīn)翼(yì):这是目前正在研究中的一种增(zēng)升装(zhuāng)置。它的基本原理是:利用从涡轮喷气发动机引出的压缩空气(qì)或燃气流(liú),通过(guò)机翼(yì)后缘的缝隙沿整个翼展向后下(xià)方以高(gāo)速喷出,形成一片喷(pēn)气幕(mù),从而(ér)起到(dào)襟冀的增升作用。这是超音(yīn)速飞机(jī)的一种特殊襟翼,其名称来历就是将“喷气”和“襟翼”结(jié)合起来。
喷气襟翼一方面改变了(le)机(jī)翼(yì)周围的流场,增(zēng)加了上下压力差;另一方面,喷(pēn)气的反作(zuò)用力在垂直方(fāng)向上(shàng)的分力也使机翼升力大(dà)大增加。所以,这种装置的增升效果极好。根据试验(yàn)表明,采(cǎi)用喷气(qì)襟(jīn)翼可以使升力系数(shù)增(zēng)大到12.4左右,约为附(fù)面(miàn)层控制系统增升效果的2~3倍。虽然喷气襟翼的(de)增升效(xiào)果很好,但也有许(xǔ)多尚(shàng)待解决的难题:发动机(jī)的喷(pēn)气量(liàng)太(tài)大,喷流(liú)能量的损失大;形(xíng)成的喷(pēn)气幕对飞机的稳(wěn)定性和操纵(zòng)性有不良影响(xiǎng);机翼(yì)构造复(fù)杂,重量急剧增加;发动机的燃气流会烧(shāo)毁机场跑道等等。

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