航空史話

機翼何其妙哉 竟乘風而起

時間:2020年11月17日   來源:微信@航空工業
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  雄鷹展翅,伴著凜冽的山風,一次次抒發對白雲的向往;麻雀抖羽,把低矮的屋簷營造成溫馨的天堂。是翅膀讓雄鷹和麻雀脫離地球引力,成為三維空間的動物。鷹翔雀飛,雖未在空中留下痕跡,卻讓人們產生了對翅膀的向往。飛機的機翼就是人類為自己打造的一雙翅膀。依靠這雙翅膀,人類實現了飛行夢想。機翼是飛機上最重要的空氣動力部件,是飛機升力的主要來源,它不僅把飛機托舉到白雲之上,其構型與材質在很大程度上決定著飛機各項性能。自從1903年萊特兄弟在基蒂霍克寒冷的海風裏,駕駛著“飛行者1號”實現了艱難一躍,在此後一百多年間,飛機的機翼從材料選用到布局形式都發生了掀天揭地的變化。

  最早的飛機是“木頭飛機”,當然機翼也是木質機翼。飛機誕生初期,飛機飛行速度低、載重小,機翼承受的載荷不高,機翼采用木質材料完全能滿足使用要求,因此在20世紀20年代之前,木質結構一直是飛機機翼的主流。

 

 

  這一時期的機翼蒙皮常采用塗過清漆的亞麻布,翼肋等骨架結構常用雲杉木製作。早期飛機大多采用雙機翼。由於飛機動力不夠強勁、飛行速度慢,為了獲得更大的升力,隻能采用增加機翼麵積的方式,從而產生了雙機翼飛機甚至三機翼飛機。萊特兄弟的“飛行者一號”,就是一架典型的雙翼飛機。

  一戰期間最富盛名的王牌飛行員李希特霍芬,曾創下了擊落80架敵機的驚人紀錄,他駕駛的紅色的“福克Dr-1”三翼機也成為那個時代的傳奇。

  隨著科技進步,飛機性能不斷提高,飛行速度越來越快,載重越來越大,木質材料的強度不高、易燃易腐的先天不足就顯現了出來。誰能取而代之?杜拉鋁應運而生。於是,木質機翼退出了曆史的舞台被金屬機翼所取代,航空史開始進入“金屬飛機”時代。機翼結構材料先後有鋁合金、結構鋼、鈦合金等,而蒙皮則由亞麻布換成了鋁。

 

 

  由於發動機性能不斷提高,飛機飛行速度直線提升,雙機翼、三機翼以及其繁複的支柱、張線,成為阻礙飛機提速的障礙,於是,人們摒棄了雙機翼和三機翼,而專注於單機翼。從20世紀30年代起,雙翼機逐漸被單翼機所取代。

  再後來,隨著飛機速度的不斷提高特別是超聲速飛行的實現,機翼形狀必須發生適應性演變,相較於早期的平直翼機翼,出現了後掠機翼、三角機翼、梯形機翼、變後掠機翼、前掠機翼等。機翼的功能也得到了極大豐富,戰鬥機或轟炸機在機翼下布置多種外掛,如副油箱、導彈、炸彈、任務吊艙;機翼內部空間常用來儲存燃油、收藏起落架。特別是民航客機,為了保證旅客安全,全部將燃油儲存在機翼內,這也催生出了機翼整體結構油箱。

 

 

  到了20世紀70年代,複合材料開始在飛機上得到運用,並由次承力構件向主承力件過渡,先出現了複合材料與金屬的混合機翼,後發展為全複合材料機翼,進入21世紀,航空史正式步入“複合材料時代”。

  複合材料是指由兩種或多種不同性能、不同形態的組分材料通過一定的工藝過程組合而成的一類材料,生活中常見的鋼筋混凝土、三合板、石棉水泥板都是複合材料。飛機機翼常采用的碳纖維複合材料,就是通過將碳纖維與樹脂在一定溫度下固化成形的一種材料。在新一代民用飛機中,空客A380、A350和波音787的機翼均大量運用複合材料。與金屬材料相比,複合材料擁有更高的強度和剛度,並且可設計性更強,這樣製造出來的機翼重量更輕,氣動外形更佳,飛行阻力更小。

  可以預期,隨著高效氣動技術、主動結構技術、先進製造技術等的進步,特別是納米材料、智能材料、多功能複合材料等新材料的快速發展,未來飛機的機翼無論構型還是材質,都將發生讓人耳目一新的變化,可能會出現自主可變機翼、柔性折疊機翼、智能感知機翼,抑或還有像鳥兒那樣可扇動的撲翼……

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