万博士的航空讲堂（3）

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1、万博士的航空讲堂（3）　　三、机翼、机身结构的构成与构造形式（1）　　1、机翼　　机翼是为飞机提供升力的主要部件，所产生的升力可以维持飞机在空中的稳定飞行以及提供必要的操纵力。机翼结构的构件包括纵向骨架（沿翼展方向的骨架）、横向骨架（沿气流方向或垂直于翼梁方向的骨架）和蒙皮（图1）。纵向骨架有翼梁、纵墙和桁条，横向骨架有普通翼肋和加强翼肋。　　模型飞机的机翼结构与真飞机的机翼结构类似，但相对来说要简单得多（图2）。　　1.1机翼的结构构成　　1）纵向骨架　　a.翼梁　　翼梁是机翼里面最强有力的纵向构件。它承受由外载荷转化而成的大部分弯矩和

2、剪力，在机翼根部与机身用固定连接接头（图3为翼梁接头）连接。图4所示是一种组合式工字形翼梁，由较大的上下凸缘（也称缘条）和腹板三部分组成。上下凸缘以拉压（N）形式承受弯矩（M），机翼越厚上下凸缘的距离（H）越大，凸缘中的轴向拉压力就越小。腹板用来承受垂直于梁的剪力（Q），为了提高其承受载荷的能力，用一些立柱进行加强，以防止它失稳。有些翼梁采用铝合金或合金钢整体锻造而成（图4）。7　　模型飞机的翼梁结构相对简单。对于强度要求不太高的尺寸较小的翼梁，通常采用成品的桐木条或松木条作为缘条。而对于一些尺寸较大、材质比较硬的翼梁，尤其是厚度较大、长

3、度较长的翼梁，则需要利用木工机械进行加工。为了提高翼梁的抗拉能力，往往还需要在翼梁表面贴上碳纤维片。按这种方法加工而成的翼梁缘条如图5所示。　　模型飞机翼梁的腹板视机翼载荷大小可采用轻木、桐木或薄层板。腹板可先按图纸用激光切割机加工，然后用胶水将其与翼肋及翼梁粘贴，最后用刀或砂纸进行修整；也可以比照翼梁和翼肋的位置，把材料用刀切割成合适大小，粘贴在翼梁和翼肋上后再用小刀和砂纸进行修配。按后一种方法加工成的翼梁腹板如图6所示。　　b.纵墙　　纵墙结构与翼梁差不多，主要承受剪力，但相对翼梁它承受弯矩很小或根本不承受弯矩。纵墙的凸缘较小，在机翼

4、根部与机身用较弱的固定接头或铰链接头连接。纵樯通常布置在机翼的前后缘部分，与上下蒙皮相连，形成封闭盒段承受扭矩。靠后缘的纵樯还可以悬挂襟翼和副翼。典型的纵墙构型如图7所示。　　c.桁条　　桁条（又称长桁）主要用于支撑蒙皮，提高蒙皮的承载能力，将蒙皮的气动力传递给翼肋。桁条沿展向布置，固定在翼肋上。桁条的剖面形状有多种样式（图8）。　　2）横向骨架　　a.普通翼肋7　　普通翼肋的直接功用是形成机翼剖面所需的形状，并与桁条、蒙皮、翼梁、纵墙相连，为桁条、蒙皮提供支持。　　为了减轻重量以及让内部零件通过，翼肋上开有减轻孔。而为与蒙皮连接及自身受

5、力，翼肋上下有类似翼梁凸缘的缘边。翼肋可以是由板材弯制而成的腹板式（图9），也可以是组合式。图10为一种桁架式组合翼肋（又称构架式翼肋）。　　模型飞机的翼肋相对简单，通常可根据图纸利用激光切割机切割而成。按这种方法加工的翼肋如图11所示。　　一些对结构重量要求高的模型飞机，其翼肋往往采用构架式：先按照常规翼肋的构型加工翼肋各小段，再按图纸将各小段进行粘接组装。以这种方法加工而成的翼肋如图12所示。　　b.加强翼肋　　加强翼肋（图1）在有集中载荷的地方（如安装发动机、起落架处，与机身连接部位等）或结构不连续处（如大开口）布置，实际上就是在普

6、通翼肋的基础上进行加强。加强翼肋除了起到普通翼肋的作用之外，还能把集中载荷传递到结构中去。　　3）蒙皮7　　蒙皮是包围在机翼骨架外的维形构件，用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成机翼的气动力外形。蒙皮除了形成、维持机翼外形、承受局部气动力外，还能和梁腹板/纵墙腹板一起构成闭室承担绝大部分的扭矩及一部分剪力。比较厚的蒙皮还能承受较大的弯矩。早期低速飞机的蒙皮是布质的，而现今飞机的蒙皮多是用硬铝板材制成的金属蒙皮，也有复合材料蒙皮。有的蒙皮还被做成夹层结构（图13）。　　夹层蒙皮的上下面板可用金属材料、也可用复合材料制造。内部一般采用蜂窝夹层（图

7、13a）或泡沫塑料夹层（图13b）。夹层材料中充满空气和绝热材料，可以起到良好的隔热作用，能较好地保护其内部设备。蜂窝夹层机翼的纵墙和翼肋大都用蜂窝夹芯板制成。泡沫实心夹层机翼的受力构件少、构造简单，通常用在较小的机翼、尾翼或舵面等部件上。　　对于蒙皮为什么能够承受扭矩，读者可能会感到疑惑。为了理解封闭剖面为何能够承受扭矩，可用一个简单的试验说明：取两个完全相同的硬纸筒，将其中一个沿纵向剪开一个长缝（图14右侧）。用两手握住筒的两端，各施加方向相反的扭矩，就会发现未开缝的纸筒扭不动，而开缝的纸筒很容易就可扭动。这说明封闭的剖面具有较大的扭

8、转刚度。同理，机翼也是利用了上下蒙皮与翼梁和纵墙腹板形成的封闭盒段，才具有很大的扭转刚度，以承受外载荷引起的扭矩（图15）。　　模型飞机的蒙皮（也称蒙板）通常由轻木板或桐木板制成，有些要求高的