[科普中国]-机翼

机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上。其最主要作用是产生升力，与尾翼一起形成良好的稳定性与操纵性。另外可以在机翼内部可以装载弹药、设备和油箱，在机翼上可以安装起落架、发动机、悬挂导弹、副油箱以及其他外挂设备。12

机翼功用机翼是飞机的一个重要部件。其主要功用是提供升力，与尾翼一起保证飞机具有良好的稳定性。当它具有上反角时，可为飞机提供一些横向稳定性。在它的后缘，一般布置有横向操纵用的副翼、扰流板（大型运输飞机安装）等装置。为了改善机翼的空气动力效应，在机翼的前、后越来越多地装有各种形式的襟翼、缠翼等增升装置，以提简飞机的起飞、着陆或机动性能。3

机翼上安装有起落架、发动机等其他部件。近代歼击机和歼击轰炸机往往在机翼下布置多种外挂，如副油箱和导弹、炸弹等军械设备。机翼的内部空间常用来收藏起落架、放置一些小型设备、附件和储存燃油。特别是客机，为了保证旅客安全，很多飞机不在机身内储存燃袖，而把燃油全部储存在机翼内。放置燃油的油箱有整体油箱和软体油箱两种，为了减轻重置，近代飞机机翼油箱很多为整体油箱。3

机翼组成机翼通常是由翼梁、纵墙、桁条、翼肋和蒙皮等构件组成。机翼的基本受力构件包括纵向（沿翼展方向）骨架、横向(沿气流方向垂直于翼梁方向)骨架和蒙皮。纵向骨架有翼粱、纵墙和桁条，横向骨架有普通翼肋和加强翼肋。3

翼梁翼梁由梁的腹板和线条组成。翼梁是单纯的受力件，主要承受弯矩和剪力，它是机翼主要的纵向受力件，承受机翼的全部或大部分弯矩。翼梁大多在根部与机身固接。3

纵墙纵墙的缘条比翼梁的缘条弱得多。但大多强于一般长桁，纵墙与机身的连接被看作铰接。纵墙和腹板一般都不能承受弯矩，但与蒙皮组成封闭盒以承受机翼的扭矩。纵墙还有封闭机翼内部容积的作用。3

桁条桁条是与蒙皮和翼肋相连的元件。在现代机翼中它一般都参与机翼的总体受力，承受机翼弯矩引起的部分轴向力，是纵向骨架中的重要受力元件之一。除上述承力作用外，桁条和翼肋一起对蒙皮起一定的支撑作用。3

翼肋翼肋是横向受力骨架．用来支攒蒙皮，维持机翼的剖面形状。在有集中载荷的地方（如安装发动机、起范架等），普通翼肋得到加强而成为加强翼肋。普通翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的气动外形。3

蒙皮蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。为了使机翼所受的阻力尽量小，蒙皮应力求光滑。为此应提高蒙皮的横向弯曲刚度，以减小它在飞行中的凹凸变形。从受力看，气动载荷直接作用在蒙皮上。因此，蒙皮受到垂直于其表面的局部气动载荷。此外蒙皮还参与机翼的总体受力，它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁梁承受机翼的扭短；当蒙皮较厚时它常与长衍一起组成壁板，承受机翼的弯矩引起的轴向力。壁板有组合式或整体式两种。某些结构形式（如多腹板式机翼）的蒙皮很厚，可从几毫米到十几基米，常做成整体壁板形式，此时蒙皮将成为承受弯矩最主要的，甚至是唯一的受力元件。3

机翼构造形式机翼的构造形式很多，主要有蒙皮骨架式机翼、整体壁板机翼和夹层机翼。1

蒙皮骨架式蒙皮骨架式机翼又称薄壁构造机翼。它可按翼梁数目不同分为单梁式、双梁式和多梁式机翼。右图所示为一个单梁式机翼，双梁式与多梁式机翼的构造与其类似。梁式机翼的特点是蒙皮较薄，桁条较少。因此蒙皮的承弯作作不大。随着飞行速度的不断增大，为了保证机翼有足够的局部刚度和扭转刚度，需要增厚蒙皮并增多桁条。这样，由厚蒙皮和桁条组成的壁已经能够承担大部分弯矩，因而粱的弯矩可以减弱，直至变为纵墙，于是就发展成单块式机翼。1

整体壁板式整体壁板式机翼是将蒙皮与纵向骨架、横向骨架合并成上下两块整体壁扳如右图所示，然后用铆接或螺接连接起来。上下壁扳一般是用整体材料，用锻造或化学加工等方法制造而成的。这种机具的特点是强度大、刚性好，接缝少，表面光滑，气动外形好，零件少，装配容易。这种形式对使用机翼整体油箱有利，它能有效地利用机翼内部空间。整体壁板结构除了用金属材料外，也很适合于用复合材料制造。1

夹层式夹层式机翼主要是以夹层壁板做蒙皮，甚至纵墙和翼肋也是用夹层材料制造。夹层壁板依靠内外层面板承受载荷，很轻的夹芯对它们起支持作用。与同样重量的单层装皮相比，夹芯蒙皮的强度大、刚度大，能承受较大的局部气动载荷，并有良好的气动外形。上下面板可用金属材料，也可用复合材料制造。内部一般采用蜂窝夹层或泡沫塑料夹层。夹层材料中充满空气和绝热材料，可以起到良好的隔热作用，能较好地保护其内部设备。当翼面高度较小时可采用全高度填充的实心夹层结构。这种结构的受力构件少，构造简单，通常用在较小的机翼、尾翼或舱面等部件上。1

机翼几何参数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。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（机翼面积与翼展之比）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。4

机翼安装形式按照机翼与机身的相对位置，分为上单翼、中单翼、下单翼三种安装形式。就机翼与机身的气动干扰问题来说，下单翼最大，上单翼次之，中单嚣最小。但中单翼需要穿过机身，对于客、货机来说舱内布置困难，如果不穿过机身，则主要承力构件就会中断。从而影响结构强度和刚度，结构质量要增加，所以客、货机很少采用中单翼。上下单翼则各有利弊，采用上单翼可以减少发动机吸入异物的几率，而下单翼发动机离客舱更远，有利于改善客舱噪声环境。从维护性的角度看，上下单翼区别不大。3

按照机翼是否有与机身相连的支杆或撑秆，分为悬臂结构和非悬臂结构。悬臂式机翼是指不用支秆或撑杆加强的单层机翼。它无支援物地独立架设在机身侧面，由内部翼梁承载。许多上单翼飞机有外部支柱或者机翼支杆，它可以通过支杆把飞行和着陆负荷传递到主机身结构。由于支杆一般安装在机翼突出机身的一半位置上，所以这种类型的机翼结构也叫半悬臂机翼。少数上单翼飞机和多数下单翼飞机采用全悬臂机翼，不用外部支杆来承载负荷。3

机翼材料机翼是飞机的主要部件，早期的低速飞机的机翼为木结构，用布作蒙皮。这种机翼的结构强度低，气动效率差。早已被金属机翼所取代。机翼内部的梁是机翼的主要受力件，一般采用超硬铝、钢或钛合金；翼梁与机身的接头部分采用高强度结构钢。机翼蒙皮因上下翼面的受力情况不同，分别采用抗压性能好的超硬铝及抗拉和疲劳性能好的硬铝。为了减轻重量，机翼的前后缘常采用玻璃纤维加强材料（玻璃钢）或铝蜂窝夹层（芯）结构。例如钻石DA40D飞机的机翼以及副翼、襟翼和层翼都由玻璃纤维加强材科（GFRP）/碳纤维加强材科（CFBP）制成。3

受力情况机翼主要承受的外载荷包括剪力、弯矩和扭矩。三种载荷都是由机翼本身的重量和气动力产生的。由于机翼的内力从翼尖到翼根逐渐增大，机翼结构设计为从翼尖到翼根逐渐变宽与增厚，强度、刚度逐渐增大；规定最大零燃油重量就是为了限制翼根处的弯矩。另外，在机翼上安装部件、设备等(如发动机、机翼油箱)，其重力向下与升力方向相反。相当于飞行中减小了机翼根部的内力，起到卸载作用。3

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学