飞机机翼原理

飞机机翼原理与功能图文详解

机翼各翼面的位置图

图片说明：上图为机翼各翼面的位置图，民航飞机的机翼各翼面位置一般类

似。机翼上各操纵面是左右对称分布，部分由于图片受限未标出 机翼的基本概念

机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行；同时也起一定的稳定和操纵作用。是飞机必不可少的部件，在机翼上一般安装有飞机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。另外，机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。 相关名词解释：

翼型：飞机机翼具有独特的剖面，其横断面（横向剖面）的形状称为翼型，称为翼型

前缘：翼型最前面的一点。 后缘：翼型最后面的一点。 翼弦：前缘与后缘的连线。

弦长：前后缘的距离称为弦长。如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长

迎角(Angle of attack) ：机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(

与机身

轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。 翼展：飞机机翼左右翼尖间的直线距离。

展弦比：机翼的翼展与弦长之比值。用以表现机翼相对的展张程度。 上（下）反角：机翼装在机身上的角度，即机翼与水平面所成的角度。从机头沿飞机纵轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。同理，向下垂时的角度就叫下反角。

上（中、下）单翼：目前大型民航飞机都是单翼机，根据机翼安装在机身上的部位把飞机分为上（中、下）单翼飞机也有称作高、中、低单翼。

机翼安装在机身上部（背部）为上单翼；机翼安装在机身中部的为中单翼，机翼安装在机身下部（腹部）为下单翼。

上单翼的飞机一般为运输机与水上飞机，由于高度问题，此时起落架等装置一般就不安装在机翼上，而改在机身上，使用上单翼的飞机一般采用下反角的安装。

中单翼因翼梁与机身难以协调，几乎只存在理论上；

下单翼的飞机是目前民航飞机常见的类型，由于离地面近，便于安装起落架，进行维护工作，使用下单翼的飞机一般采用上反角的安装。

机翼在使飞机升空飞行中的重要作用 飞机在飞行过程中受到四种作用力：

升力----由机翼产生的向上作用力

重力----与升力相反的向下作用力，由飞机及其运载的人员、货物、设备的重量产生

推力----由发动机产生的向前作用力

阻力----由空气阻力产生的向后作用力，能使飞机减速。

由此可见，机翼的主要功用就是产生升力，以支持飞机在空中飞行。它为什么能产生升力呢？

首先要从飞机机翼具有独特的剖面说起，前面名词解释已提到，机翼横断面（横向剖面）的形状称为翼型，机翼剖面的集合特性与机翼的空气动力有密切的关系。从侧面看，机翼顶部弯曲，而底部相对较平。机翼在空气中穿过将气流分隔开来。一部分空气从机翼上方流过，另一部分从下方流过。

空气的流动在日常生活中是看不见的，但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。流过机翼的气流与河床中的流水类似，由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强

机高，换一句话说，就是大气施加与翼产生升力的原因 机翼下表面的压力(方向向上)比施

加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力。

简单来说，飞机向前飞行得越快，机翼产生的气动升力也就越大。当升力大于重力时，飞机就可以向上爬升；当升力小于重力时，飞机就可以降低高度。 当飞机的机翼为对称形状，气流沿着机翼对称轴流动时，由于机翼两个表面的形状一样，因而气流速度一样，所产生的压力也一样，此时机翼不产生升力。但是当对称机翼以一定的倾斜角（称为攻角或迎角）在空气中运动时，就会出现与非对称机翼类似的流动现象，使得上下表面的压力不一致，从而也会产生升力。

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。

前缘缝翼的剖面

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。 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。