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【飞机构造】飞机的不同形式和构造

2013-12-30 9:00:06      点击:

不同形式的飞机

  一、飞机的构成:

  一架飞机从外表看,不外乎由下列几部分构成:机翼、机身、尾翼、动力装置和起落装置。

  二、飞机的不同形式:

  由于构成飞机的翼面形式、数量和它们之间的相对位置的变化,使飞机呈现多种多样的外形。下面我们按照飞机各构成部分来观察飞机的不同形式。

  (一)机翼

  1、按数量分。飞机机翼的数量目前只有两种:单翼机和多翼机。绝大部分是单翼机,只有少数农用飞机还有双机翼的形式,而且下翼短于上翼,称为翼半式飞机。三翼机和多翼机即使在过去也极少制造。机翼多固然可以增加飞机的升力,但是机翼翼多,效率也降低,效果并不理想。

  2、按固定形式分。机翼在机身上可以有不同的位置:机翼位于机身上方称为伞式单翼;机翼位于机身顶部称为上单翼;机翼位于中部称为中单翼;机翼位于机身底部称为下单翼。

  从机身机翼之间产生的干扰阻力来看,中单翼的阻力最小,其次是伞式单翼、上单翼,而下单翼的干扰阻力最大。但是机翼的位置不仅取决于干扰阻力,还要考虑结构布置、使用要求等因素。

  伞式单翼在水上飞机上用得比较多,因为水上飞机设计时希望把机翼和机翼上发动机布置得离水面越远越好,这样可以减轻海水对机翼结构的腐蚀作用,以及避免发动机受水波影响,能方便地观赏地面的景物。运输机采用上单翼是为了使装卸货物的车辆容易接近机身,缩短装卸时间。

  中单翼多用于歼击机,因为歼击机要求飞行速度高,必须使飞机的阻力尽可能小。

  下单翼的最大好处是起落架可以做得很短,因为一般中小型飞机的主起落架都是固定在机翼上的,下单翼机翼离地面最近,所以起落架就短,重量也就轻了。许多轻型飞机都是由于这个原因采用下单翼。

  最早的飞机都采用直机翼,后来随着飞机飞行速度的不断提高,陆续出现后掠翼、三角翼和小展弦比直机翼。为什么飞行速度不同会引起机翼平面形状的变化呢?原来当飞行速度接近音速和超音速时,机翼上产生一种称为“波阻”的阻力,这种阻力随着飞行速度的增加而迅速增加,据实验和理论分析,波阻与机翼的平面形状有关,直机翼的波阻最大,依次是后掠翼、三角翼和小展弦比直机翼。一般来说大展弦比平直机翼飞机只能在亚音速范围内飞行,而后掠翼飞机可以飞行在高亚音速、跨音速范围,超音速飞行的多半采用大后掠翼和三角翼,高超音速飞行就采用小展弦比平直翼。

  在后掠翼飞机中有一种奇异的倒梯形机翼的飞机XF-9l,这种形状能减小低速时翼尖的失速超势,但造成机翼受力明显地不合理。以后就没有再被采用。除了常见的机翼平面形状外,还有前掠翼、圆翼、环冀、双三角翼等各种形状。

  上单翼出现在一部分客机和运输机上,客机采用上单翼可以使旅客的向下视野不受到妨碍。

  超音速飞机所采用的大后掠翼或三角翼对超音速飞行是有利的。但飞机总需要起飞和着陆,同时飞机在作战时并不都用超音速飞行,这时大后掠翼和三角翼就不及直机翼有利。为此, 1965年制成了能改变机翼后掠角的变后掠翼飞机。变后掠翼无论是低速度还是高速时对机翼的要求部能得到满足。因此在现代歼击机和轰炸机上用得相当广泛。另一种改变机翼形状的飞机是斜翼机。斜翼机上的机翼左右连成一体,可以绕机翼中央的转轴随飞行速度不同而转动(有时称为转动式机翼)。低速度时机翼与机身垂直面为无后掠的大展弦比直机翼,高速时机翼呈斜角,机翼与机身形成剪刀状。从试验中证明,这种不对称的机翼其稳定性与操纵性是良好的。

  使飞机在飞行中改变机翼多数的设想早在超音速飞机出现之前己有人考虑过。1940年一架苏联RK-1飞机采用改变机翼面积的办法来解决飞行速度的高低对机翼要求不同的问题。

  机翼的正面形状形式不多,通常都是带上反角或下反角的直线形。不过也有把上反角和下反角组合起来的W形和海鸥形机翼。另外还有极少见的X形机冀。

  机身

  大部分飞机部只有一个机身,因为机身很多没有什么好处。偶尔可以看到采用两个机身的双机身飞机。有些飞机把机身作成短舱形式而用尾撑来支持尾翼,称为尾撑式飞机。如果短舱配置在机翼的一侧,就叫作偏置式飞机,偏置式飞机作为炮兵校正机给观察员观察炮兵射击效果提供了良好的视界。机身的作用也可以由机翼来承担,只要机翼的容积足够大,可以没有机身,成为“飞翼”。飞翼式飞机的正面阻力比较小,但这种飞机的稳定性和操纵性较差,所以没有得到广泛发展。

  机身对于运输机来讲显得特别重要,尤其是需要运载大尺寸货物的运输机。为了装卸货物,飞机设计师们在机身上花了很多功夫。加拿大的中程运输机CL一44的机身尾部连同尾翼在地面时可以折转打开,便于直接从后面装卸货物。这样全部货物只要1小时就可以装卸完毕,如果仅从侧边货门装卸要5小时才能完成。为了空运尺寸特别大的货物,象大型飞机的机身、直升机、喷气发动机、石油钻探设备以及宇宙飞船等。美国宇宙航空公司制造了巨型机舱运输机GUPPY-201,它是由B-29型轰炸机发展而来。该机货舱的最大高度为7. 77米,宽7. 65米,为了便于装货,机头可以旋转110度。法国制造的混合式动力装置试验机整个机身就是一台混合式动力装置(或者称为管道式机身),管道中央有一台涡轮喷气发动机供起飞用。它的周围环形管道就是一台冲压式喷气发动机。驾驶员和飞行设备被安排在冲压式发动机的中央锥体里,形成机身在发动机里的布局。

  尾翼

  尾翼由水平尾翼和垂直尾翼组成,水平尾翼装在飞机尾部的称为正常式,水平尾翼装在位于机翼的前方的称为鸭式。尾翼到飞机重心的距离由稳定性和操纵性要求决定。水平尾翼的数目也不限于一个,有的双尾翼式。此外,在军用和民用飞机中还出现不少没有水平尾翼的无尾飞机。无尾飞机的俯仰平衡和操纵功能由机翼的升降副翼来承担。由于取消了水平尾翼,所以飞机阻力较小、重量较轻,但它的缺点是安全的重心范围小。

  以垂直尾翼的数目而论,有单立尾、双立尾、三立尾,也有多至四立尾的。螺旋桨飞机采用多立尾往往是为了利用螺旋桨滑流提高立尾的效率。尾冀组的形式主要由水平尾翼和垂直尾翼的相对位置确定,有I形、+形和上形三种。此外还有V形和人形,这类尾翼的翼面只有两个,比一般尾翼少一个翼面,所以重量较轻,但使用不多。

  在美国的航空博物馆里,我们可以看到一架外形奇特的寄生式战斗机F-85。这是一种小型喷气战斗机,它可以装在母机(B-29)的炸弹舱内,由于炸弹舱空间有限,所以飞机的机翼可以向上折叠,而尾翼采用X形布局来减小尺寸。四个尾翼再加背鳍和腹鳍,一共六个翼面。跟这架飞机一样是空前绝后的。近年来,随着电子计算机技术的发展,飞机上发展了一种“随控布局技术” (CCV)或者叫“主动控制技术” (ACT)。通过飞行控制系统控制操纵面使作用在飞机上的气动力按需要变化。这种飞机除了传统的尾翼外还加上垂直前翼。

  动力装置

  发动机是飞机飞行的动力。飞机上使用发动机的数目取决于发动机的功率或推力,也取决于飞机的阻力和重量。从现代飞机的情况来看,小型飞机多采用一台发动机,至多用两台,而大型飞机一般均需要两台以上发动机,有的可多至十台到十二台。发动机的数目在旅客机上还有其特殊意义。因为旅客机必须保证安全,万一发动机在空中停车,单发动机飞机就只能迫降,而多发动机飞机还能依靠余下的发动机维持飞行而安全着陆。

  飞机上发动机的安装部位主要是两处:机身和机翼,只有个别的飞机把发动机装到垂直尾翼上。使用一台活塞式发动机的多半装在机头,而使用一台或两台喷气发动机的可以装在机身内部也可装在机身外面。装在机身外面的喷气发动机有头部两侧、中部两侧、尾部两侧、背部和腹部等位置。装在机翼上的发动机又有机翼上万、机冀平面内、机翼下方(翼吊式)三种安排。翼吊式发动机由于发动机离地面较近,便于维护保养和更换。另外也有个别飞机把发动机装在翼尖上。有一些螺旋桨式飞机把两台发动机一前一后纵向安排,称为串置式。

  装在机身内部的涡轮喷气发动机必须有进气道引入空气,而进气的方式又有头部进气、两侧进气(包括翼根进气)、腹部进气和极少见的背部进气等多种。

  长期以来人们想不用发动机而单靠自己的体力使飞机升空。从1936年开始,许多人力飞机的爱好者制造了形形色色的人力飞机,取得了一定的成绩。但人力飞机要进入实用阶段看来还有极大的困难。

  在人力飞机的基础上又有人设计利用太阳能产生电流带动电动机和螺旋桨的太阳能飞机。据报导,世界上第一次用太阳能作动力的飞机在英国进行了飞行。飞行时间只有几分钟,飞行距离为一千一百米。

  起落装置

  按起落装置在飞机上的安排型式,目前起落架主要有后三点式、前三点式和自行车式三种。后三点起落架的两个主轮在飞机重心之前,且靠近重心。尾轮则装在飞机尾部。这种形式主要用在低速轻型活塞式发动机的飞机上,但后三点式飞机若着陆速度太高或机轮遇到障碍时很容易“倒立”或“打地转”,造成事故。所以四十年代后期出现喷气飞机以后逐渐由前三点式代替。前三点式起落架与后三点式相反,前轮装在飞机的头部,主轮位于重心之后。这是目前高速喷气飞机和大型飞机的主要型式。自行车式起落架是把两组大致相同的主轮,一前一后地装在机身中线处,两个翼尖处各装一个辅助轮,以防止飞机倒向两边而损坏翼尖。这种型式主要用于机翼较薄而不易收藏起落架的高速喷气飞机和机翼位置较高的上单翼轰炸机上。过去,在一种德国的运输机上曾采用过类似于多轮卡车的十轮起落装置。由于重量大性能又不好,现在已经绝迹。

  水上飞机有船身式和浮筒式两类。船身式水上飞机没有专门的起落装置,飞机的起飞和降落、漂浮和锚泊由作为机身的船身承担。浮筒式水上飞机的起落装置就是连接在机身和机翼下方的浮筒。有双浮筒和单浮筒式两种。这种水上飞机常常采用陆上飞机加装浮筒的方式形成。

  飞机作为一种空中的交通工具,其优点是十分显着的,但是飞机在地面的运动就很不理想了,首先庞大的机翼十分碍事。发动机与机轮没有直接联系,运动起来很不灵活。于是有人把飞机和汽车的优点结合起来,制成了一架叫作“空中汽车”的小型飞机。飞机的机身是一辆汽车,在车上装上带螺旋桨的尾部和机翼后就是一架飞机,在地面行驶时可以把机翼和尾部拖在汽车后面。