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刚性机翼

(2020-05-24 03:00:44) 百科综合
刚性机翼

刚性机翼

刚性机翼(rigid wing)是目前大多数飞行器採用的机翼构造,机身外形为刚性结构。目前各国正在发展柔性机翼,相关研究结果表明:柔性机翼的气动特性要比刚性机翼好,柔性机翼具有延迟失速的能力,有利于安全、稳定飞行。

基本介绍

  • 中文名:刚性机翼
  • 外文名:rigid wing
  • 定义:机身为刚性结构的机翼
  • 发展趋势:向柔性机翼发展
  • 一级学科:航空科技
  • 二级学科:航空器

刚性机翼结构

刚性机翼目前仍是大多数飞行器的机翼构造。现代飞机的机翼普遍使用铝合金和镁合金材料製成。机翼内部沿翼展方向有翼梁和桁条,沿翼弦方向有翼肋或隔板,其中翼梁是主要承力构件。蒙皮通过铆接固定在内部结构上,并承受机翼的部分载荷。在飞行中,作用在机翼上的空气动力载荷首先作用在蒙皮和桁条上,通过铆钉及连线角片传递给翼肋,再由翼肋传递到翼梁,并通过翼梁最终传递给机身。在机翼下表面适当位置设定有检查口、放油口和飞机顶升座。为了更好地排除积水,在机翼下表面还设有排泄口。
小型飞机机翼的结构长採用两种类型,即单梁式机翼和双梁式机翼。不同製造厂或不同机型,也可能採用这些基本结构的改进型式,如单梁单墙式结构、单梁双墙式结构等。翼梁通过连线接头与机身加强隔框或中央翼连线。
飞行中机翼要受到空气动力、结构质量力和部件集中质量力作用,产生弯曲、扭转和剪下变形。机翼结构相应地产生弯矩、扭矩和剪力与之抗衡。这些内力分别由机翼各结构件承受。

单梁式机翼

单梁式机翼内部结构中只有一个主要的展向构件(图1),即机翼的大梁。机翼的绝大部分弯矩均由大梁承受并传递,大梁的腹板承担了几乎全部剪力,机翼的总剪力即为机翼提供给飞机的升力。翼肋用来传递载荷并维持机翼剖面形状。单梁式机翼通常在靠近前、后缘的位置增加辅助梁(又称假梁或纵墙),该辅助梁承受很小一部分弯矩或者弯曲不承受弯矩,但可承受部分剪力,并与翼梁、端肋和蒙皮构成整体信箱。辅助梁还可为飞行操纵面的支座、滑轨等提供安装支点。
图1图1

双梁式机翼

双梁式机翼的主要展向构件为前梁和后梁(图2),机翼的总体弯矩和总体剪力分别按照梁的弯曲刚度和剪下刚度分配到两根大樑上,载荷与刚度成正比,即刚度越大的梁分得的弯矩越大。前、后梁,蒙皮和翼肋构成的封闭盒状结构承受机翼的扭矩。同时,该封闭区域密封处理后也可作为整体信箱使用。
图2图2

日常检查注意部位

飞行中机翼受到各种外载荷作用时,载荷沿展向分布是不均匀的。从翼尖到翼根,各截面的内力逐渐增大,所以翼根部位的内力最大,也是日常检查维护的重点部位。另外,在维护工作中需要重点检查的机翼结构还包括大梁的接头、连线螺栓、高应力区域铆钉孔等。注意检查不同材料接触的区域是否发生了电化学腐蚀现象,高应力部件是否有应力腐蚀现象。

柔性与刚性机翼微飞行器气动特性研究

研究介绍

微型飞行器(Micro Air Vehicle,MAV)的概念首先由美国科学家布鲁诺·W·奥根斯坦于1992年提出。与传统的飞行器相比,微型飞行器具有尺寸小、重量轻、结构简单、机动灵活、噪音小,以及具有很强的隐蔽性能等特点,使得它在军用上和民用上受到极大地关注。国际上对MAV的研究已经取得了一定得进展,佛罗里达大学的Wei Shyy,Yongsheng Lian和Peter Ifju等开展了一些列的实验和数值模拟工作。国内南京航空航天大学、西北工业大学和中国航天空气动力技术研究院等有研究者进行了相关的风洞实验研究和试飞,但我国起步较晚,离国际上还有较大差距。微型飞行器飞行环境处于大气底层,大气的流动极不稳定,使机身面积微小的微型飞行器飞行稳定性不足。但是自然界中的鸟类同样是处于对流层中飞行,特徵长度与微型飞行器的相当,却具有极高的稳定性。因此,受鸟类的启发,该研究将微型飞行器的机翼设计成像飞鸟的羽毛那样的柔性机翼,研究其抵抗不稳定气流的能力等方面的气动特性。为了验证柔性机翼的作用,设计研製了结构和布局相同的柔性机翼和刚性机翼MAV来验证。
图3图3

研究结果

该研究通过製作了四个不同的柔性机翼模型,进行了常规风速下的测力实验,通过比较各个模型的气动力的变化,发现柔性机翼对失速有延迟作用。结果表明,柔性模型的柔性变形是导致其气动特性与刚性机翼不同的原因,柔性变形能够有效地延迟失速、减小失速迎角。

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