一、机翼的主要功能
机翼的核心功能是产生升力,以克服飞机的重力,使其能够翱翔于天空。除此之外,现代飞机的机翼还集成了其他多项关键功能:
1. 产生升力:这是最基本的功能。通过翼型的特殊形状和迎角,使流经机翼上下表面的气流产生压力差,从而产生向上的力。
2. 存放燃油:机翼内部通常是存放燃油的主要位置。这样可以利用机翼的内部空间,并且不占用机身宝贵的载客/载货空间。同时,燃油重量可以帮助减轻机翼根部的弯曲力矩。
3. 安装发动机和起落架:大多数客机的发动机都吊挂在机翼下方。部分或主起落架也通常收放在机翼内或发动机短舱内。
4. 安装飞行控制面:机翼后缘装有襟翼和副翼,前缘可能装有缝翼。这些控制面用于在起飞、着陆和飞行中控制飞机的滚转、增升和减阻。
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二、机翼的关键几何参数
要理解机翼,首先需要了解几个关键术语:
· 翼展:机翼从左翼尖到右翼尖的长度。
· 弦长:机翼前缘到后缘的直线距离。
· 展弦比:翼展与平均弦长的比值(AR = b² / S,其中b为翼展,S为机翼面积)。高展弦比(如滑翔机、远程客机)诱导阻力小,有利于长途飞行,但机动性较差;低展弦比(如战斗机)机动性好,但高速阻力大。
· 后掠角:机翼向后倾斜的角度。主要用于延迟激波的产生,提高飞机的临界马赫数,使其能更高效地接近或超越音速飞行。
· 翼型:机翼的横截面形状。不同的翼型具有不同的升力和阻力特性。
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三、机翼如何产生升力
升力的产生通常用伯努利定理和牛顿第三定律共同解释。
1. 伯努利定理:机翼的独特形状(上表面更弯曲,下表面相对平坦)使得空气流经上表面的路程更长、流速更快,从而导致压力降低。而下表面的空气流速较慢,压力较高。这个压力差就产生了向上的升力。
2. 牛顿第三定律:机翼通过一定的迎角(机翼弦线与气流方向的夹角)撞击空气,将空气向下偏转(下洗气流)。根据作用力与反作用力原理,空气对机翼就产生了一个向上的反作用力,即升力。
重要提示:这两个原理相辅相成,共同解释了升力的产生。仅用其中一个(如“等时间论”)是不完整的。
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四、机翼上的关键操纵面
机翼上安装了多种可动面板,用于控制飞机:
· 副翼:位于机翼后缘外侧。左右副翼差动偏转(一个上偏,一个下偏),使飞机产生滚转运动。
· 襟翼:位于机翼后缘内侧。起飞和着陆时向下偏转,以增加机翼弯度和面积,从而在低速时产生更大的升力,缩短起降距离。
· 前缘缝翼:位于机翼前缘。伸出后可以在机翼前部形成一道缝隙,将高压气流从下表面导至上表面,吹除边界层,延迟气流分离,从而增大最大升力系数,防止失速。
· 扰流板:位于机翼上表面。抬起时能破坏气流、减少升力并增加阻力。在空中可用于辅助滚转控制;在地面则作为减升装置,使飞机重量更有效地压在轮胎上,提高刹车效率。