飞机襟翼作用是什么
机翼的作用就是产生足够的升力使飞机能飞上天空。如果机翼是一个整体的话,那么在机翼面积、翼型、展弦比确定的情况下,它的最大升力也就是确定不变的了。那么,下文是由小编整理的飞机襟翼作用,欢迎大家阅读浏览。
1、襟翼的奥秘在于提高升力
机翼的作用就是产生足够的升力使飞机能飞上天空。如果机翼是一个整体的话,那么在机翼面积、翼型、展弦比确定的情况下,它的最大升力也就是确定不变的了。如果飞机的全部重量是50吨,机翼必须产生490千牛以上的升力才能飞起来。我们知道,机翼面积越大,升力越大;速度越大,升力也越大。换句话说就是:在升力一定的情况下,机翼面积越大,起飞速度可以越小;起飞速度越大,机翼面积可以越小。因此,为了把这50吨的飞机弄上天,我们可以采取这样两个办法:一是选用面积较小的机翼,通过加大起飞速度使升力超过490千牛;二是使起飞速度保持在较低的值上,通过采用大面积机翼以产生490千牛以上的升力。
这两个办法行不行呢?第一个办法机翼面积较小,飞机的结构重量就较轻,这是优点,但起飞速度大是很不利的,一方面要求机场跑道很长,这很不合算,对舰载飞机更是不利;另一方面,高滑跑速度对安全的威胁极大。第二个方法起飞速度低,有利于缩短滑跑距离,但当飞机起飞后速度增加,大面积机翼便成了累赘,不但重量大使载重量大大减少,而且会使阻力剧增,飞机的耗油量因此显著增加。这种低速时升力小、高速时阻力大的问题称为飞机的高低速矛盾。怎样解决这一难题呢?这就要靠襟翼来实现。
襟翼的一个主要作用是协调这个矛盾,既不需要很大、很重的机翼,也能在较低的起飞着陆速度下产生足够的升力,使载重、速度、阻力和油耗达到综合性的最佳化。用整体一块的方式设计机翼不能同时满足大载重量、低起飞和着陆速度、低阻力和低耗油率的要求。由于襟翼具体作用是大大提高飞机起飞和着陆等低速阶段的升力,因而统称增升装置。
襟翼为什么能增加升力呢?在速度一定的情况下,提高升力的办法主要有4种:一是改变机翼剖面形状,增加翼型弯度;二是增加机翼面积;三是尽可能保持层流流动;四是在环绕机翼的气流中,增加一股喷气气流。襟翼就是通过改变翼型弯度、增加机翼面积、保持层流流动而增加升力的。
2、飞机襟翼样式众多
襟翼概念出现得很早。第一次世界大战前,由于飞机速度提高,要求飞机在低速时也能产生足够的升力,于是有人开始了最简单的后缘襟翼的试验探索。
为什么飞机要装襟翼?
简单襟翼就是机翼后缘的一部分。它可以弯曲,这样就会改变机翼弯度,提高升力。不久,又出现了开裂式襟翼。当它放下时,一方面可使翼型变弯,一方面会在机翼后缘形成低压,两方面的效果都是增加了升力。通常,开裂式襟翼可使升力系数提高75%~85%。同时,开裂式襟翼还能增加阻力,对飞机安全、缓慢地着陆有利。
20世纪20年代,英国著名设计师汉德莱·佩奇和德国空气动力学家拉赫曼发明了开缝襟翼。它是一条或几条附着在机翼后缘的可动翼片,平时与机翼合为一体,飞机起飞或着陆时放下。襟翼片能够增加机翼的面积,改变机翼弯度,同时还会形成一条或几条缝隙。增加面积可以提高升力,形成缝隙可使下表面的气流经缝隙流向上表面,使上表面的气流速度提高,可较大范围保持层流,也可使升力增加,并能减少失速现象的发生。开缝襟翼是襟翼中十分重要的一种。它也可以装在飞机前缘上,通常都是一条。目前大型飞机特别是客机都安装了双缝或三缝襟翼,可提高升力系数85%~95%,效果十分显著。
还有两种襟翼也很常见,一种是富勒襟翼,一种是克鲁格襟翼。
富勒襟翼是在机翼后缘安装的活动翼面,平时紧贴在机翼下表面上。使用时,襟翼沿下翼面安装的滑轨后退,同时下偏。使用富勒襟翼可以增加翼剖面的弯度,同时能大大增加机翼面积,增升效果非常明显,升力系数可提高85%~95%,个别大面积富勒襟翼的升力系数可提高110%~140%。这种襟翼结构较复杂,多在大、中型飞机上采用,可大大改善起降性能。
克鲁格襟翼位于机翼前缘。它的外形相当于机翼前缘的一部分。使用时利用液压作动筒将克鲁格襟翼向前下方伸出,既改变了翼型,也增加了翼面积,增升效果也比较好。
3、飞机襟翼在发展中
襟翼的发展并没有完结。上面介绍的襟翼装置发展比较成熟,还有一类襟翼概念提出的也很早,但直到现在仍不完善,这就是喷气襟翼。它的设计方案很多,基本思想都是通过从发动机或高压气瓶引出气体,吸向机翼或襟翼表面,达到增加升力、推迟分离、降低阻力、改善失速特性的目的。由于喷气襟翼十分复杂,目前只有个别飞机,如“鹞”式垂直起降飞机和F-4、米格-21轻型战斗机使用了喷气襟翼。其试验工作仍在进行之中。
特殊襟翼
我们知道,襟翼的`种类有很多,除了常用的简单襟翼、开裂襟翼、开缝襟翼和后退襟翼等均位于机翼后缘的后缘襟翼以外,还有一些与普通后缘襟翼构造有差别的特殊襟翼,如位于机翼前缘的前缘襟翼与克鲁格襟翼,以及可以在机翼上引入发动机的喷气流,改变空气在机翼上的流动状态的喷气襟翼。
前缘襟翼:后缘襟翼都位于机翼的后缘,如果把它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。
克鲁格襟翼:与前缘襟翼作用相同的还有一种克鲁格(Krueger)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。
喷气襟翼:这是目前正在研究中的一种增升装置。它的基本原理是:利用从涡轮喷气发动机引出的压缩空气或燃气流,通过机翼后缘的缝隙沿整个翼展向后下方以高速喷出,形成一片喷气幕,从而起到襟冀的增升作用。这是超音速飞机的一种特殊襟翼,其名称来历就是将“喷气”和“襟翼”结合起来。
喷气襟翼一方面改变了机翼周围的流场,增加了上下压力差;另一方面,喷气的反作用力在垂直方向上的分力也使机翼升力大大增加。所以,这种装置的增升效果极好。根据试验表明,采用喷气襟翼可以使升力系数增大到12.4左右,约为附面层控制系统增升效果的2~3倍。虽然喷气襟翼的增升效果很好,但也有许多尚待解决的难题:发动机的喷气量太大,喷流能量的损失大;形成的喷气幕对飞机的稳定性和操纵性有不良影响;机翼构造复杂,重量急剧增加;发动机的燃气流会烧毁机场跑道等等。
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