[科普中国]-联结翼布局

简介

所谓联结翼布局飞机可以被定义为飞机上反后掠的机翼和下反前掠的平尾连接在一起所形成的一前一后的机翼布局形式，这种布局使得飞机的俯视图和主视图的外形都形成菱形，如图1所示。

上世纪30年代，曾出现过联结翼布局的滑翔机，但由于当时在结构和气动性能上的研究还不完善，未能体现出其优越性。

随着近代航空技术和复合材料的发展以及计算机水平的飞跃，联结翼布局研究又进入了新的阶段。正如联结翼概念的提出人Wolkovitch所述：联结翼正是计算机发展的产物，计算机能帮助人们设计出正确的结构。由于联结翼是一种新的飞机布局形式，它在结构、气动、操纵控制方面有许多新的特点。2

结构分析受力特性分析以图2所示的联结翼布局为例，由前翼梁和后翼梁组成空间构架ACBD。作用在前翼和后翼上的升力可分解为垂直于ADB平面的力L0和平行于ADB平面的力Li，如图3所示。此时梁的高度就不再是机翼剖面的厚度而是上前缘和下后缘之间的距离。L0由前翼梁AD和后翼梁BD受弯来承受，Li由前翼梁AD受拉和后翼梁BD受压来承受。由于前翼梁AD和后翼梁BD所受的弯矩转了一个方向，联结翼梁盒段的结构高度比悬臂梁盒段结构高度高得多，图3形象比较了联结翼梁盒段和悬臂梁盒段结构高度的差异，因此联结翼的梁盒段比正常式布局的悬臂梁盒段的结构材料利用的效率更高，从而使得联结翼梁盒段重量明显比正常式布局的悬臂梁盒段轻。

另一方面，由于联结翼的前翼和后翼相互连接在一起，从受力角度来看，前翼和后翼可简化为双支点梁，从而可使前翼梁盒段根部所受到的弯矩大大降低，如图4所示。

使用有限元方法对联结翼飞机进行结构分析表明，在相同的机翼参考面积、升力面相对厚度、根梢比、后掠角及结构材料的条件下，合理选择联结翼的几何参数并对机翼结构进行优化，使机翼盒段占据翼型弦线的5%~75%之间或更大一些时，联结翼飞机的重量只是传统飞机(机翼加平尾)重量的65%~78%。2

起落装置的布局联结翼飞机因其独特的机翼布局，导致其起落装置与常规飞机略有不同。常规飞机因为机翼靠近机身中段，并且一般位于机身的中间或下方，所以主起落装置会尽量安装于机翼根部。联结翼飞机由于后翼靠近机身后段并且位于机身上方，所以其主起落装置一般呈外“八”字安装于机身上，如图5所示。2

联结翼的气动特性升力特性对于联结翼布局飞机，由于前翼、后翼纵向错开并有垂直间隙，因此具有近耦双翼布局的气动特点，同时，后翼具有前掠翼的性质，其翼根前缘附近在迎角α