飞行器原理学习——1.机翼

一、 概述

飞机的各种机翼是飞机的控制面

通过铰链、钢索、液压等方式连接在机身上

操纵面运动时，会改变机翼的弧度和形状，使流经的空气发生偏转，从而影响空气动力的大小。使飞机围绕着3轴运动

二、机翼的操纵面

分为主要操纵面和辅助操纵面。

1）主要操纵面包括：副翼、升降舵和方向舵

升降舵控制俯仰，方向舵控制偏航，副翼控制横滚

2）辅助操纵面：

如襟翼（机翼后缘的延申面），在低速起飞和降落时使用。增大了机翼的面积，从而在落地时减速，起飞时增升。

如缝翼（机翼前缘的延申面），使气流通过缝隙，让飞机在大迎角飞行时不容易失速。

如扰流板（降落时辅助减速和稳定）

三、 机翼的平面参数

1）机翼的平面形状：指的是机翼垂直平面的投影，所得到的平面几何外形。

常见的有矩形翼、后掠翼、梯形翼、三角翼。

2）弦长$c$：机翼沿机身方向的弦长。

3）展长$b$：机翼翼根到翼尖的长度。

4）展弦比$A$：机翼翼展的平方与机翼翼面积的壁纸或翼展长度与平均几何弦长的比值

$$A=\frac{b^2}{S}=\frac{b}{c_G}$$

在相同条件下，大展弦比意味着机翼的长而窄，其翼尖涡流弱，诱导阻力小，升阻比高；并且在相同迎角下，大展弦比的机翼可以产生更大的升力；失速迎角通常较大。

4.1）平均几何弦长$c_G$：面积与展长与原机翼相等的矩形翼的弦长。

5）梢根比$\lambda$：翼梢处弦长与翼根处弦长之比

$$\lambda =\frac{C_t}{C_r}$$

梢根比影响着展向的升力分布，当$\lambda =0.4-0.5$时，机翼升力分布接近椭圆形，能最小化诱导阻力，提高气动效率。

6）后掠角：

后掠角可以改善飞机的稳定性，一般针对高速飞行状态设计。但会增加诱导阻力，相同迎角下，后掠翼产生的升力较小。

大约10°的后掠角=1°的上反角

四、机翼的空间参数

1）上反角：机翼基准面与机翼对称面之间的夹角

上反角的主要作用是增强横滚稳定性

当飞机受气流影响，发生横滚向一侧倾斜时，升力矢量偏离竖直轴，使得飞机发生侧滑。此时，下沉一侧的机翼相对侧风有了更大的迎角，产生了更大的升力，帮助飞机回到正常状态。

2） 机翼的几何扭转：

机翼展向各剖面的翼弦不在同一平面内，相互之间存在一定扭转角分布。通过几何扭转，机翼可以调节展向各剖面的有效迎角，调整气动载荷的展向分布，减小机翼诱导阻力，改善机翼的升力。

3）机翼的安装角：

机身轴线与机翼弦线的夹角，使得这种状态下全机处于最大升阻比状态。

4）机翼垂直位置：

下单翼：重心与升力中心接近，滚转惯量较小，机动性较好。由于重心较高，横向稳定性不如上单翼布局。

中单翼：中单翼布局的气动干扰最小，阻力较低，适合高速飞行。重心与升力中心接近，滚转惯量小，机动性优异。

上单翼：上单翼布局的飞机具有较好的横向稳定性，因为机翼位于机身顶部，重心较低。由于重心较低，滚转惯量较大，机动性较差。