机翼的主要功能是产生空气动力升力。因此,如果飞机要实现其最基本的功能和飞行,它可能被设计工程师认为是最重要的部件。
出于这样的原因,各种不同的机翼被开发出来,每一种新型号都经过改进以适应飞机的特定操作要求。就像蜂鸟精致的翅膀与雄鹰华丽的翼展有很大的不同一样,如果把民用航空母舰的同样的机翼应用到战斗机的设计中,你也不会期望有特别出色的性能。本文将概述需要考虑的关键设计参数,并提供关于不同性能和任务需求的最适当选择的一般指导方针。
概念翼设计
航空概念设计阶段的目标是生成所需配置的高水平可视化,由此进行所有的决策和计算——本质上将是什么样子的机翼。这包括确定翅膀的数量、垂直位置和基本几何形状。这些问题的答案在于来自客户和适当的监管机构的指定任务需求。例如,一个高翼在横向上更稳定,而一个低翼或中翼以牺牲稳定性为代价有更大的机动性。这只是选择垂直放置时要考虑的诸多方面之一,但一般货机倾向于选择高翼,客机设计为低翼,战斗机的任务要求最常与中翼特性对齐。
图1:一种在运行中的农业用三角架
对于设计师来说,选择机翼的数量可能是最容易的决定,因为如今,单机翼是最高效的,并且大大降低了复杂性。在过去,由于制造上的限制,在结构上不能支持大翼展,所以选择了多个机翼,以产生足够的升力。然而,这些限制早已被先进的技术和材料所克服,因此,单翼较轻的重量和更大的飞行员能见度推动了单翼飞机在大多数情况下成为实际的选择。欧洲杯足球竞彩话虽如此,有一个特定的市场,其中两翼已经证明了上边缘。sesquiplane的特点是其下翼的跨度较短,这一特点会导致四个翼尖涡,这种现象已经被农业工业用来有效地喷洒化肥和杀虫剂。
翼几何形状包括锥度比和扫描角度。锥度的改变,定义为尖端和根弦之间的比率,主要可以导致三种不同的平面形式:矩形,梯形和δ形。尽管与尖端相比,与尖端的更大的倒置角度相比,矩形翼与高停滞攻角,但与尖端的更大的倒置角度相比,该塑料在结构重量和诱导阻力方面是低效的。改变机翼的锥度提供了实现椭圆升降和负载分布的手段,分别产生空气动力学和结构益处。锥度额定的改变也可以导致更大的横向控制,最佳配置是Δ形状的轮廓。关于扫掠角度,通常可以观察到,低亚音速飞机倾向于直翼,而最高亚音速和超音速气板将选择朝向扫掠设计。作为扫翼的主要益处之一的原因是延迟发生在0.3马赫的飞行速度上方的可压缩性效果,因此对于低亚音速飞行,诱导的成本和复杂性超过了性能的任何最小增加。
细节设计
顾名思义,详细设计建立在概念阶段生成的高层模型上,以量化锥度比和后掠角以及其他多个参数,如展弦比和机翼截面。
宽高比是值得更大的讨论,因为它对飞机关于其预期用途的成功的最大影响之一,因此可以在航空中观察到很大的方差。在一个角落中,较高的纵横比具有更大的提升系数,较低的引起的阻力和更大的横向控制,同时在相对的角落,较低的值导致较低的重量和更大的辊载机动性。一般而言,较高的纵横比旨在通过通用航空和更大程度的滑翔机(达到值为32.9)的更大程度,而战斗机飞机利用宽高比约为2-4的高机动性。
最后,如果不参考机翼,航空所使用的各种机翼上的指南就不完整。全球航空航天公司的更多预算可能延伸到创建一个新的机翼为每个新项目,但一般来说,广泛的历史机翼数据库,如NACA,是利用。其中,应用最广泛的是6系列的NACA机翼。定义该家族每个成员的五个数字依次代表了NACA系列(6)、最小压力的弦向位置、理想升力系数和最后两个表示最大厚度与弦向比。对于旨在实现高亚音速的飞机,建议选择较低的厚度和弦比,因为更薄的机翼将延迟阻力散度的开始,允许飞机飞行更接近马赫1。
航空翼的最新发展
本文中反复出现的主题是不同的机翼设计提供的不同性能特征之间的不断妥协。然而,美国国家航空航天局和麻省理工学院的一组研究人员可能终于找到了解决这个长期以来的挫折的方法,他们开发了变形“超材料”机翼。这个概念是用晶格状结构制造机翼,每边都有支柱的相同聚合物瓷砖,然后用类似的聚合物表皮覆盖随后的框架。通过将支柱的灵活性和位置匹配到预期的负载,材料自动重新配置成所需的形式,并针对任何遇到的操作进行优化。此外,这种复杂结构的密度约为传统机翼材料的0.3%,从而大大减轻了重量。
灵活操作的概念也是太空航空公司处女的热门话题,在他们的持续开发Spaceshiptwo,商业,乘客宇宙飞船的持续发展。为空间飞行和传统的跑道着陆实现单一机翼配置将出现不可能的壮举。如果单曲单词严格遵守单词,这可能仍然是真的,因为原始的银河系的创新解决方案是创建旋转机翼和舵系统,允许在两个独特的配置之间快速转换。在地球大气中的航天器火箭中,采用如图2所示更精简的翼形轮廓;设计与大多数传统航天飞机使用的设计。然而,在重新入场时,翼和尾臂向上旋转到其“羽毛”位置。短语羽化特别适合,因为实现了简单的羽毛球的动态,利用空气动力来控制稳定性和减速率的效果,以便将乘客安全运送回到大气中。在70000英尺处的结构耐损失为滑动配置,允许常规跑道着陆的平滑方法。
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