淺談未來支線客機機翼的變化

鄭巖

【摘 要】隨著人類文明擴展至天空，未來支線客機作用將會越來越大，本文著重分析了機翼的變化，分析了現有的結構和作用，并推測未來將采用伸縮翼來代替襟翼和副翼，采用一個整體的機翼，可以依據不同的情形，改變機翼的氣動外形，進而改變飛機的飛行參數，尤其是巡航速度，最大限度的延長使用壽命，增加客機的經濟效益，同時鴨翼的長度也會增加，使配平阻力比較小，具有較大的升阻比，在飛機運行時提高飛機的氣動效率，，具備一定的積極意義和借鑒作用

【關鍵詞】未來支線客機；長距耦合鴨翼；伸縮翼；巡航速度

一、襟翼，副翼的作用

1.襟翼的作用

襟翼是現代機翼邊緣部分的一種翼面可動裝置，它是一條或幾條附著在機翼后緣的可動翼片，平時與機翼合為一體，飛機起飛或著陸時放下，襟翼片能夠增加機翼的面積，改變機翼彎度，同時還會形成一條或幾條縫隙。增加面積可以提高升力，形成縫隙可使下表面的氣流經縫隙流向上表面，使上表面的氣流速度提高，可較大范圍保持層流，也可使升力增加，并能減少失速現象的發生。襟翼的主要作用是給飛機提供一定的升力，還有保持平衡的作用。飛機在起飛時以較小角度的襟翼來增加升力，加快飛機的飛行，縮短飛機在跑道上的距離，在降落過程以較大的角度來增加升力和阻力，可以降低著陸的速度，縮短距離。

2.副翼的作用

副翼是安裝在機翼翼梢后緣的一塊狹長的可動翼面，為飛機的主操作舵面，副翼的作用是使飛機產生翻滾的動作，進而實現水平上的轉彎，當飛行員向左壓駕駛盤時，左邊副翼上偏，右邊副翼下偏，飛機向左滾轉：反之，向右壓駕駛，右副翼上偏，左副翼下偏盤，飛機向右翻滾

二、邊段伸縮翼代替襟翼，副翼改變飛機的巡航速度

邊段伸縮翼代替襟翼，副翼，不僅將同時兼顧并擴大兩者的優勢，而且還可以具備兩者所沒有的優勢，在采用整體的伸縮翼時，可以擴大偏差的大小，擴大可偏的角度增加滾轉力矩，獲得更好的增升效果，舉例說，在起飛時，可以讓起飛速度低，采用大面積機翼，起飛所用的跑道就可以較短，可以降低起飛標準，這一點對于艦載機而言尤為重要，與此同時本身的低速，也比較安全，有利于駕駛人員和乘客的安全：當飛機順利起飛后，再減小機翼的面積，可以使飛機所受到的阻力大大減少，同時可以減少耗油量，極大增加續航能力，增加客機的使用壽命。在飛機巡航過程中，當飛機在不同階段平穩飛行時，可以依據飛機的飛行距離，所需的時間、載荷要求、飛行的安全性、發動機的耐久性和經濟性，以及氣候條件等情況改變飛機的巡航速度，和飛機的各項參數

1.鴨翼發展的現狀

采用鴨式布局的飛機的前翼稱為“鴨翼”，在早期，萊特兄弟的飛行器就采用前置設計，但前置不容易穩定，早期技術不發達，很難設計，尤其是民用航空領域，對于穩定性的要求比較高，因為線傳飛控的進步，終于在1960年代，XB-70超音速實驗機采用前翼配置證明前翼配置可行。加上前翼的操控性比較好，所以近幾年來，有客機使用前翼的例子，如Tu-144。飛機的鴨翼除了用以產生渦流外，還用于改善跨音速過程中安定性驟降的問題，同時也可減少配平阻力。在降落時，鴨翼還可偏轉一個很大的負角，起減速板的作用。

2.長距耦合鴨翼，提高氣動效率

鴨式飛機的主要優點是配平阻力比較小，具有較大的升阻比。通常飛機增大迎角、增大升力時會產生低頭力矩。鴨翼處于飛機重心之前，增大機翼迎角和升力時，鴨翼出現正偏轉，產生正升力（正常布局飛機平尾出現負偏轉，產生負升力），用抬頭力矩加以平衡，使全機升力增大。為了獲得預定的升力，飛機迎角就要小于正常布局飛機的迎角。這使鴨式飛機的配平阻力明顯小于正常布局飛機而具有較大的升阻比。而采用長距耦合鴨翼進一步擴大了這些優點。另外，鴨式飛機可以用較小的機翼升力獲得較大的全機升力，有利于減輕飛機的結構重量。此外，由于鴨翼距飛機重心的距離較短，大迎角飛行時，鴨翼的迎角一般大于機翼的迎角，鴨翼首先出現氣流分離，導致飛機低頭，使鴨式飛機不易失速，有利于飛行安全。長距的機翼有利于渦升力的運用，可以實現對氣動特性的更有效利用。

三、結論

對未來的支線客機進行了一定程度的暢想，第一個創新點是以伸縮翼代替襟翼和副翼，可以實現在不同情況，不同需要時改變飛機的巡航速度，氣動外形，實現更優化的配置

第二個創新點是長距耦合鴨翼，采用長距，可以更好的利用空氣流動，使配平阻力更小，具有更大的升阻比，提高氣動效率。

【參考文獻】

[1]薛幫猛，張文升，孫學衛，吳宇昂.動力干擾下寬體客機機翼多目標優化設計[J/OL].航空學報：1-10[2018-12-19].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20180713.1016.010.html.

[2]邢宇，余雄慶.桁架支撐機翼布局客機的機翼質量計算[J].機械設計與制造工程，2018，47（02）：83-86.

[3]郭同彪，白俊強，李立，陳頌.民用客機變彎度機翼優化設計[J].中國科學：技術科學，2018，48（01）：55-66.

[4]李立，白俊強，郭同彪，傅子元，陳頌.基于伴隨方法的超聲速客機機翼氣動優化設計[J].西北工業大學學報，2017，35（05）：843-849.

[5]楊體浩，白俊強，辛亮，孫智偉，史亞云.考慮靜氣動彈性影響的客機機翼氣動/結構一體化設計研究[J].空氣動力學學報，2017，35（04）：598-609.

[6]王宇，鄧海強，楊振博，張帥.面向綠色航空的客機機翼外形和飛行條件設計[J].中國機械工程，2017，28（15）：1870-1878.

[7].用于噴氣式客機機翼零件的鋁合金半成品[J].鋁加工，2017（03）：61.

[8]白璐. 現代民用客機機翼氣動設計策略研究[A]. 中國航空學會.探索 創新 交流（第7集）——第七屆中國航空學會青年科技論壇文集（下冊）[C].中國航空學會：中國航空學會，2016：6.

[9]郭同彪，白俊強，楊一雄.機翼后緣連續變彎度對客機氣動特性影響[J].北京航空航天大學學報，2017，43（08）：1559-1566.

[10]陳頌. 基于梯度的氣動外形優化設計方法及應用[D].西北工業大學，2016.

[11]陳麗華，趙海濤，陳裕.民用大型客機超臨界機翼系統布置設計的初步分析研究[J].科技視界，2016（09）：1-3+11.

[12]張輝. 彈性飛機跨聲速機動載荷計算方法研究[D].西北工業大學，2016.