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航空知識--飛機結構


根據(jù)美國聯(lián)邦法規(guī)全書14款第一部分的定義和縮寫,飛行器(Aircraft)是一種用于或者可用于飛行的設備。根據(jù)飛行員認證的飛行器分類有飛機(airplane),直升機(rotorcraft),氣球類(lighter-than-air),動力升力類(powered-lift),以及滑翔機(glider)。還定義了飛機是由發(fā)動機驅動的,比空氣重的固定翼飛行器,在飛行中由作用于機翼上的動態(tài)空氣反作用力支持。以下簡單介紹飛機和它的主要組成部分。
主要組成部分

盡管飛機可以設計用于很多不同的目的,大多數(shù)還是有相同的主要結構。它的總體特性大部 分由最初的設計目標確定。大部分飛機結構包含機身(fuselage),機翼(wings),尾翼(empennage),起落架(landing gear)和動力裝置(powerplant)。

機身

機身包含駕駛艙(cockpit)和/或客艙(cabin),其中有供乘客使用的坐位和飛機的控制裝置。另外,機身可能也提供貨艙和其它主要飛機部件的掛載點。一些飛行器使用開放的桁架結構(truss structure)。桁架型機身用鋼或者鋁質管子構造。通過把這些管子焊接成一系列三角形來獲得強度和剛性,成為桁架結構。下圖就是華倫桁架(The Warren truss)。

華倫桁架結構中有縱梁(longeron),斜管子(diagonal web member)和豎直的管子(vertical web member)單元。為降低重量,小飛機一般使用鋁合金管 子,可能是用螺釘或者鉚釘通過連接件鉚成一個整體。

隨著技術進步,飛行器設計人員開始把桁架單元弄成流線型的飛機以改進性能。在最初使用布料織物來實現(xiàn)的,最終讓位于輕金屬比如鋁。在某些情況下,外殼可以支持所有或者一主要部分的飛行載荷。大多數(shù)現(xiàn)代飛機使用稱為單體橫造或者半單體構造的加強型外殼結構。

單體橫造設計使用加強的外殼來支持幾乎全部的載荷。這種結構非常結識,但是表面不能有凹痕或者變形。這種特性可以很容易的通過一個鋁的飲料罐來演示。你可以對飲料罐的兩頭 施加相當?shù)牧α抗茏硬皇苁裁磽p壞。然而,如果罐壁上只有一點凹痕,那么這個罐子就很容易的被扭曲變形。實際的單體造型結構主要由外殼(蒙皮 skin),隔框(former),防水壁(bulkhead)組成。隔框和防水壁形成機身的外形。如圖 。

由于沒有支柱,外殼必須足夠的堅固以保持機身的剛性。這樣,單體造型結構有一個重要的問題,在保持重量在允許的范圍內同時要維持足夠的力量。由于單體設計的限制,今天的大多數(shù)飛機使用半單體造型結構。

半單體造型結構使用飛機外殼可以貼上去的亞結構,亞結構由隔框和不同尺寸的隔壁以及桁條(stringer)組成,通過來自機身的彎曲應力來加固加強的外殼。機身的主要部分也包括機翼掛載點(wing attachment point)和防火隔板(firewall)。

在單發(fā)動機飛機上,發(fā)動機一般附加在機身的前端。在發(fā)動機后面和駕駛艙或客艙之間有防 火部分以保護飛行員或乘客受到發(fā)動機火焰的傷害。這部分稱為防火隔壁,一般由阻熱材料如不銹鋼制成。

機翼

機翼是連接到機身兩邊的翅膀,也是支持飛機飛行的主要升力表面。很多飛機制造商設計了 多種不同的機翼樣式,尺寸和外形。每一種都是為了滿足特定的需要,這些需要由具體飛機 的目標性能決定。下面將解釋機翼是如何獲得升力的。

機翼可以安裝在機身的上,中 或較低部分,分別稱為高翼,中翼,低翼設計。機翼的數(shù)量 也可以不同。有一組機翼的飛機稱為單翼機(monoplane),有兩組機翼的飛機稱為雙翼飛機或者復翼飛機(biplane)。

許多高翼飛機有外部支柱,或者機翼支桿,它可以通過支桿把飛行和著陸負荷傳遞到主機身結構。由于支桿一般安裝在機翼突出機身的一半位置上,所以這種類型的機翼結構也叫半懸臂機翼。少數(shù)高翼飛機和多數(shù)低翼飛機用全懸臂機翼不用外部支桿來承載負荷。機翼的主要結構部件有翼梁(spar),翼肋(rib),桁條(stringer)。

這些都通過支桿,工字型梁,管子,或其它設備包括外殼而加固。翼肋決定了機翼的外形和厚度。在大多數(shù)現(xiàn)代飛機上,油箱(fuel tank)也是機翼的一個集成部件?;蛘哂伸`活的安裝在機翼里的容器組成。

安裝在機翼后面的或者尾部和邊緣的是兩種類型的控制面,稱為副翼(aileron)和襟翼(flap)。副翼大約從機翼的一半處向外伸出,以利于創(chuàng)造使得飛機側滾的反方向移動和傾斜的空氣動力。襟翼從靠 近機翼中點處向外伸出。襟翼在巡航飛行時通常是和機翼表面齊平的。當向外伸出時,襟翼同時向下延伸以在起飛或者著陸時增加機翼的升力。

尾翼

飛機尾巴部分的正確名字叫尾翼(empennage)。尾翼包括整個的尾巴部分,由固定翼面如垂直尾翼(vertical stabilizer)和水平尾翼(horizontal stabilizer)組成??苫顒拥谋砻姘ǚ较蚨?rudder),升降舵(elevator),一個或者多個配平片(trim tab)(補翼)。

第二種尾翼的設計不需要升降舵。相反,在中央的鉸鏈點安裝一片水平尾翼,鉸鏈軸是水平的。這種類型的設計叫全動式水平尾翼(stabilator),使用控制輪移動,就像使用升降舵一樣。例如,當 你向后拉控制輪時,水平尾翼轉動,拖尾邊緣向上運動。水平尾翼還有一個沿尾部邊緣的防沉降片(antiservo tab)。

防沉降片的運動方向和水平尾翼尾部邊緣的運動方向一樣。防沉降片也作為減輕控制壓力的配平片,說明維持水平尾翼在需要的位置。

垂直方向舵安裝在垂直尾翼的后部。飛行時,它用于使得飛機頭部向左或者向右運動。在飛行轉彎時,垂直方向舵需要和副翼配合使用。升降舵安裝在水平尾翼的后面,用于控制在飛行中飛機的頭部向上或者向下運動。

配平片是位于控制面的尾部邊緣可活動的一小部分。這些可活動的配平片,從駕駛艙控制,降低控制壓力。配平片也可以安裝在副翼,方向舵和/或升降舵。

起落架

起落架是飛機停放,滑行,起飛或者著陸時的主要支撐部分。大多數(shù)普通類型的起落架由輪子組成,但是飛機也可以裝備浮筒(float)以便在水上運作,或者用于雪上著陸的雪橇(ski)。

起落架由三個輪子組成,兩個主輪子,以及一個可以在飛機后面或者前面的第三個輪子。使用后面安裝第三個輪子的起落架稱為傳統(tǒng)起落架。傳統(tǒng)起落架的飛機有時候是指后三點式飛機(tailwheel airplane)。當?shù)谌齻€輪子位于飛機頭部位置時稱為前三點式飛機,相應的這種設計叫前三點式起落架(tricycle gear)??刹倏氐那拜喕蛘呶草喸试S在地面上對飛機的全部控制。

發(fā)動機

發(fā)動機一般包括引擎(engine)和螺旋推進器(propeller)。發(fā)動機的主要作用是為螺旋推進器提供轉動的動力。它也產生電力,為一些儀表提供真空源,在大多數(shù)單發(fā)動機飛機上,發(fā)動機為飛行員和乘客提供熱量的來源。發(fā)動機飛機發(fā)動機罩(cowling)蓋住,或者在某些飛機上,它被飛機發(fā)動機機艙包圍。發(fā)動機罩或者發(fā)動機機艙的作用是使得發(fā)動機周圍的空氣流動變得流線型,用管子引導氣缸的空氣來幫助冷卻發(fā)動機。

安裝在發(fā)動機前面的推進器把發(fā)動機的轉動力量轉化為稱為反沖力的前向作用力,幫助飛機在空氣中移動。


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