2009年4月6日星期一

关于飞机机翼 (三)

机翼的各部分装置介绍
 
副翼(Aileron): 副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动的翼面。为飞机的主操作舵面,飞行员操纵左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩可以使飞机做横滚机动。翼展长而翼弦短。副翼的翼展一般约占整个机翼翼展的1/6到1/5左右,其翼弦占整个机翼弦长的1/5到1/4左右。飞行员向左压驾驶盘,左边副翼上偏,右边副翼下偏,飞机向左滚转;反之,向右压驾驶盘右副翼上偏,左副翼下偏,飞机向右滚转。
 
前缘缝翼(Leading Edge Slat):前缘缝翼是安装在基本机翼前缘的一段或者几段狭长小翼,主要是靠增大飞机临界迎角来获得升力增加的一种增升装置。


前缘缝翼的作用主要有两个:一是延缓机翼上的气流分离,提高了飞机的临界迎角,使得飞机在更大的迎角下才会发生失速;二是增大机翼的升力系数。其中增大临界迎角的作用是主要的。这种装置在大迎角下,特别是接近或超过基本机翼的临界迎角时才使用,因为只有在这种情况下,机翼上才会产生气流分离。

现代客机的前缘缝翼没有专门的操纵装置,一般随襟翼的动作而随动,在飞机即将进入失速状态时,前缘缝翼的自动功能也会根据迎角的变化而自动开关。

在前缘缝翼闭合时(即相当于没有安装前缘缝翼),随着迎角的增大,机翼上表面的分离区逐渐向前移,当迎角增大到临界迎角时,机翼的升力系数急剧下降,机翼失速。当前缘缝翼打开时,它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙,下翼面压强较高的气流通过这道缝隙得到加速而流向上翼面,增大了上翼面附面层中气流的速度,降低了压强,消除了这里的分离旋涡,从而延缓了气流分离,避免了大迎角下的失速,使得升力系数提高。

附:关于失速
机翼能够产生升力是因为机翼上下存在着压力差。但是这是有前提条件的,就是要保证上翼面的的气流不分离。 如果机翼的迎角大到了一定程度,机翼相当于在气流中竖起的平板,由于角度太大,绕过上翼面的气流流线无法连贯,会发生分离,同时受外层气流的带动,向后下方流动,最后就会卷成一个封闭的涡流,叫做分离涡。像这样旋转的涡中的压力是不变的,它的压力等于涡上方的气流的压力。所以此时上下翼面的压力差值会小很多,这样机翼的升力就比原来减小了。到一定程度就形成失速,对应的机翼迎角叫做失速迎角或临界迎角。
 
襟翼(Flap):
襟翼是安装在机翼后缘内侧的翼面,襟翼可以绕轴向后下方偏转,主要是靠增大机翼的弯度来获得升力增加的一种增升装置。当飞机在起飞时,襟翼伸出的角度较小,主要起到增加升力的作用,可以加速飞机的起飞,缩短飞机在地面的滑跑距离;当飞机在降落时,襟翼伸出的角度较大,可以使飞机的升力和阻力同时增大,以利于降低着陆速度,缩短滑跑距离。


在现代飞机设计中,当襟翼的位置移到机翼的前缘,就变成了前缘襟翼。前缘襟翼也可以看作是可偏转的前缘。在大迎角下,它向下偏转,使前缘与来流之间的角度减小,气流沿上翼面的流动比较光滑,避免发生局部气流分离,同时也可增大翼型的弯度。

前缘襟翼与后缘襟翼配合使用可进一步提高增升效果。一般的后缘襟翼有一个缺点,就是当它向下偏转时,虽然能够增大上翼面气流的流速,从而增大升力系数,但同时也使得机翼前缘处气流的局部迎角增大,当飞机以大迎角飞行时,容易导致机翼前缘上部发生局部的气流分离,使飞机的性能变坏。如果此时采用前缘襟翼,不但可以消除机翼前缘上部的局部气流分离,改善后缘襟翼的增升效果,而且其本身也具有增升作用。

B737-600的双开缝后缘襟翼

克鲁格襟翼(Krueger Flap):与前缘襟翼作用相同的还有一种克鲁格襟翼。它一般位于机翼前缘根部,靠作动筒收放。打开时,伸向机翼下前方,既增大机翼面积,又增大翼型弯度,具有较好的增升效果,同时构造也比较简单。

左图为波音777的驾驶舱中央操纵台部分,民航飞机的机翼各翼面的操作一般类似。
如本文前述,前缘缝翼没有专门的操纵装置,副翼的作动是依靠驾驶盘的左右转动。而襟翼、扰流板的操纵就在驾驶舱中央操纵台的油门杆两侧

扰流板(Spoiler):
有的称之为“减速板”、“阻流板”或“减升板”等,这些名称反映了它们的功能。分为飞行、地面扰流板两种,左右对称分布,地面扰流板只能在地面才可打开,实际上扰流板是铰接在机翼上表面的一些液压致动板,飞行员操纵时可以使这些板向上翻起,增加机翼的阻力,减少升力,阻碍气流的流动达到减速、控制飞机姿态的作用。

Airbus A319落地后减速板打开
在空中飞行时,扰流板可以降低飞行速度并降低高度。只有一侧的扰流板动作时,作用相当于副翼,主要是协助副翼等主操作舵面来有效控制飞机做横滚机动在飞机着陆在地面滑跑过程中时,飞行、地面扰流板会尽可能地张开,以确保飞机迅速减速。