04 飞机的主要部件

飞机的主要部件一般是指机身、机翼、尾翼、蒙皮、起落架等，它们的作用分别是：

机身用于装载和传力，同时连接机翼、尾翼、发动机和起落架；此外，还要安置空勤组人员和旅客，装载燃油、武器、各种仪器设备和货物等。

机翼产生升力，连接襟翼、副翼、前缘缝翼和外挂件，有的还要安置油箱等。

蒙皮保持外形并传递气动力。

尾翼用于增强飞行的稳定性。

起落架用于起降滑跑、地面支承。

教练机、民航客机、战斗机、轰炸机和直升机的部件图分别如下图所示。其他种类的飞机也与此大同小异，只是根据各自机型的需要和特点，改变某些布局或增减设备和装置。

一、机身

机身一般都呈流线型，特别是现代飞机（隐身飞机另有要求除外），不仅表面光滑，而且左右对称，简直就是一件非常漂亮的工艺品。

（一）型式

世界上的绝大多数飞机都只有一个机身，但是也有一种左右并列配置两个机身的双体飞机，其优点是内部容积较大，可多装载人员、武器和机载设备等，缺点是阻力也随之增大。它们多为早期的低速飞机，例如20世纪40年代美国空军的F-82战斗机和德国的Fw189战术侦察/炮兵校射机、Bv141侦察机。

Bv141侦察机是1940年德国的飞机设计师福格特设计的，是世界上唯一一架非常奇葩的、左右不对称的侦察机，最大飞行速度为370千米每小时。其设计目的主要是改善驾驶舱的视野，便于侦察，但同时也带来许多飞机操纵性方面的问题，所以在Fw189服役后便放弃了，一共只生产了13架。福格特设计的Bv138水上飞机，也以标新立异、构思独特而闻名。

（二）结构

飞机机身的结构有构架式、半硬壳式（又分为桁梁式和桁条式）和硬壳式几种。

1.构架式

因为早期的飞机小、速度低，对外形的要求不高，所以采用构架式结构。机身的剪力、弯矩和扭矩全部由构架承受，隔框、桁条为木质，蒙皮为布质，只承受局部空气动力，不参加整个结构的受力。框架式结构简单、工艺性好，但抗扭刚度差，内部容积不能充分利用。

2.半硬壳式

（1）桁梁式 为现代飞机普遍采用，它由一组隔框用多根桁条、大梁串接起来，外面再蒙上蒙皮。隔框是横向构件，有普通隔框、壁板式隔框和加强隔框之分。桁条和大梁（可以看作是加强的桁条）是纵向构件。隔框、桁条和大梁起连接机翼、尾翼、支持蒙皮维持机身外形的作用。蒙皮承担飞行中产生的剪力和弯矩。

（2）桁条式机身 由桁条、蒙皮和隔框组成，受压稳定性好，弯矩引起的轴向力全部由上、下部的蒙皮和桁条组成的壁板受拉、压来承受。机身结构的抗扭刚度大，适用于较高速飞机。

3.硬壳式

采用较强的框架形成机身的外形，较厚的蒙皮承受主要应力，没有纵向加强件。由于它的重量较大，现代飞机较少采用这种结构。

在机身材料方面，现在很多飞机机身采用碳纤维复合材料壁板，以减轻重量，提高力学性能，并减小雷达的反射截面积。

二、机翼

机翼是飞机最重要的部件之一，对称地安装在机身两侧。其作用主要有两个：一是产生升力（大约90%的升力都由它产生），二是安装改善起飞和着陆性能的襟翼以及用来操纵飞机滚转的副翼等。高速飞机的机翼前缘装有前缘缝翼等增加升力的装置。另外，一些飞机的发动机、起落架和油箱、弹药舱等也可能安装在机翼上。

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机翼的升力是如何产生的？

空气流过机翼时，其上表面空气流速大于下表面空气流速，故上表面压力小，下表面压力大，这就产生了升力。升力 L 的数值大小与当地空气密度 ρ 、飞机速度 v 的平方、机翼面积 s 成正比，同时也与机翼升力系数 c _y 有关。机翼升力系数和迎角的关系如下图所示。

什么是升阻比？

升阻比（ K = L / D ）是飞机气动性能的一个重要参数，其值为升力 L 与阻力 D 的比值。此值越大，说明飞机的空气动力性能越好。所以，提高升阻比是飞机设计师们一贯追求的目标。波音787的升阻比大约为18，U-2侦察机的升阻比大概为28；普通燕鸥的升阻比约为12，麻雀的升阻比约为4。

（一）型式

机翼的型式包括数量、布置形式、平面形状和剖面形状等项目。

1.机翼的数量

现代飞机都是单翼机，双翼机已极为少见，三翼机早已经被淘汰。这是因为多翼的效率低，而且会增加阻力。

2.机翼的布置形式

机翼的布置形式分上单翼、中单翼和下单翼三种。

上单翼：机翼装在机身上方，乘客视野好，也方便炸弹的吊装，多用于客机和轰炸机或水上飞机（避免起落时受到水的喷溅）。这种布置方式滚转稳定性有余而敏捷性不足。

中单翼：机翼安装在机身中部，空气阻力小，便于与机身的连接，通常用于歼击机。

下单翼：机翼安装在机身下部，起落架布置容易，维修发动机等设备时也方便，多用于大型客机和运输机。这种布置方式滚转敏捷性有余而稳定性不足。

3.机翼的平面形状

机翼的平面形状有矩形、椭圆形、梯形、三角形、后掠和变后掠等几种。为便于制造，低速飞行的小型机，机翼多采用矩形翼。大型的高速飞机普遍多采用后掠翼；超声速飞机则采用三角翼，例如英法合建的协和号客机，速度达2马赫，机翼前段后掠角达到70°，后段也达到57°之多。有的高速歼击机还采用变后掠翼。

4.机翼的剖面形状

机翼的剖面形状与升力关系密切，从早期的矩形翼的平板剖面到后来的层流翼剖面、菱形翼剖面，机翼的升力性能越来越好，空气阻力越来越小。

5.上反翼和下反翼

根据机翼弦平面与水平面夹角正负来分，可分为上反翼和下反翼。上反翼滚转稳定性好而敏捷性不足，所以航模一般都是上反翼。下反翼滚转敏捷性好而稳定性不足，所以军用飞机常用下反翼。

（二）结构

机翼一般由蒙皮、翼梁、前后梁、对接接头、桁条和翼肋，以及襟翼、副翼、前缘缝翼和扰流板等组成。翼梁和前后梁承担升力产生的弯矩；对接接头用于机翼和机身的连接；桁条和翼肋把蒙皮上的空气动力传给翼梁和前后梁；襟翼和前缘缝翼在起飞降落中增加升力；扰流板在降落中增加阻力；副翼在飞行中提供滚翻力矩。

机翼的结构分为梁式（单梁式和双梁式）和整体式（单块式和多腹板式）。

机翼的梁是机翼的重要受力构件，有翼梁、前梁和后梁之分。增加升力的前缘缝翼和前缘襟翼，安装在前梁上；改善起飞和着陆性能的后缘襟翼和横向操纵的副翼，安装在后梁上。

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机翼的前梁和翼肋上为什么要挖那么多孔？

在航空界设计者中有句名言，也是他们的信条：“为减轻每一克重量而奋斗。”机翼的前、后梁和翼肋上有很多孔，就是为了减轻它不必要的重量。可以想象，一架飞机有几万甚至几十万个零件，如果每个零件的重量都能多减少一克，那么就能减轻几十千克甚至几百千克的重量。在同样条件下，可以载更多的油，从而能飞得更远；或者运送更多的乘客。所以我们也就不难理解，为什么美国波音公司曾在波音787飞机的研制过程中，愿意投入3亿美元经费，研究在某些部位用钛合金取代铝合金，以此来达到减重2500千克的目标。

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有的机翼翼梢为什么向上弯？

在航空界，翼梢上弯的部分术语叫作翼梢小翼。其作用是像一堵墙一样，阻碍上下表面空气的绕流，从而减少飞行阻力。在20世纪70年代末期，美国国家航空航天局在KC-135飞机上安装了翼梢小翼，使最大飞行高度增加了3.4%，升力系数增大了4.88%，航程增加了7.5%。因而翼梢小翼成了远程民航客机的标配。

翼梢小翼的形状多种多样，有端板式（波音747-400、空客A330和A340），也有分岔式（波音737MAX）、环形式（“猎鹰50”公务机）、融合式（波音737NG）。不过支线客机安装翼梢小翼，增加的费用不能够抵消减少阻力达到的节油效果，因此，一般没有翼梢小翼。

襟翼和缝翼

飞机在起落过程中的速度较小，所以要求翼型必须有较大的升力系数，这就要求机翼剖面的形状能够改变。我们乘坐客机时，在起飞降落时可以看到机翼后端有物体伸出并下偏，这就是襟翼。高速客机机翼前端还会有前缘缝翼和前缘襟翼。

前缘缝翼有什么用？

在飞机放下襟翼的时候，高速气流可能会使上表面接近机翼后缘部分发生分离，产生不规则涡流，导致升力下降。前缘缝翼的作用就是将机翼下表面的气流引导到上表面，吹散那些涡流，保证机翼能提供足够的升力。

为什么飞机降落时，机翼上站起来一排东西？

机翼上站起来的一排东西就是所谓的扰流板，按作用不同分为地面扰流板和飞行扰流板。

地面扰流板只能在地面使用，当飞机着陆时，地面扰流板会完全打开，从而卸除机翼的升力，增大阻力，提高制动效率，缩短飞机的着陆滑跑距离。

飞行扰流板则既可在空中使用，也可在地面使用。飞行扰流板在地面使用时，与地面扰流板相似。在空中使用时作用主要有以下三个方面：

（1）减速和破坏机翼的升力，从飞机主轮接地开始，扰流板是完全展开的。

（2）下降时有减速作用，飞机在短时间内下降比较多的高度，此时需要扰流板减速。

（3）飞机转向时，飞机的横滚是机翼的副翼跟扰流板共同作用的结果，如果需要短时间横滚坡度大，可把左/右其中一侧的扰流板放出。

下图中机翼后方方块中的锥形物是什么？

这两个锥形物的学名叫作襟翼滑轨整流罩，它的里面是襟翼传动装置。简单说，襟翼向下滑动、弯曲就是靠这个整流罩里面的机械装置来完成。为了减少阻力和起保护作用，上面加了整流罩。

机翼还可以折叠或变形？

机翼一般都是分左右两件，各自用接头与机身固定。必要时（舰载机停放于甲板，或者普通飞机进入机库时），可以做成翼展方向向上折叠或变形的形式。美国国家航空航天局位于加利福尼亚州的阿姆斯特朗飞行研究中心，甚至在试验使用一项记忆合金新技术，允许飞机在空中折叠机翼，用不同的角度飞行。

三、尾翼

尾翼是飞机不可或缺的组成部分。

（一）尾翼的型式

尾翼按形状分有水平尾翼、V形尾翼、双垂尾翼和十字尾翼等几种（有的高速飞机进行特别设计，可以没有尾翼）；按垂尾位置高低分有正常垂尾和高垂尾。

为了改善跨声速和超声速飞行器在高速飞行中的纵向操纵性，如今许多超声速飞机都将水平尾翼设计成可偏转的整体，称为全动平尾。

1.水平尾翼

是飞机通常采用的型式，是指保持飞机纵向稳定和操纵的翼面。

2.V形尾翼

对飞机操控系统要求很高，驱动系统也会比较重，并且一侧失效后要保持飞机的可控性比较难，在目前来说设计者对其还是比较谨慎的。

3.双垂尾翼

有利于减少尾翼的面积，增强隐身性能，提高飞机的机动性，方便进出机库或存放，而且折叠方便，比单翼稳定。它对于速度较高、隐身要求也较高的双发动机飞机尤其适合，不过由于需要积累很多成熟的经验，不能贸然采用。

4.十字尾翼

把螺旋桨放在最后，故机翼和尾翼上的气流均处于层流状态，提高了效率，但是下垂尾容易触地，故很少采用。

5.无尾飞机

是指没有水平尾翼和前翼的飞机，其俯仰平衡和操纵靠机翼后缘升降副翼来完成。随着迎角和马赫数的增大，垂尾提供方向控制的能力迅速下降，如果采用更大面积的垂尾，必将增加飞机的重量和阻力，也不利于隐身的要求。为了改善起飞着陆性能，无尾飞机通常采取较大的机翼面积，将飞机重心移到气动中心之后，再配以前缘增升装置。

（二）尾翼的结构

飞机尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。它们相当于小的机翼，结构也与其类似，也是由蒙皮、梁、桁条和肋构成，只是尺寸要小一些。

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什么是鸭式飞机？

鸭式飞机是无水平尾翼，而在机翼前面加设前翼（又称鸭翼）的飞机。前翼可以代替水平尾翼起到俯仰操纵和平衡的作用；也可以仅用固定前翼，这时飞机的俯仰操纵由机翼后缘的升降副翼来完成。鸭式飞机因有前翼而不易失速，有利于简化飞机驾驶和保证飞行安全，但带来的缺点是起飞和着陆性能不好。在超声速飞机上采用小展弦比、大后掠角的三角形前翼和机翼，它们之间存在有利的气流干扰，在一定程度上弥补了鸭式飞机的缺点。

水平尾翼由水平安定面和升降舵组成，其作用是保持飞机在飞行中的俯仰稳定性和控制飞机升降。垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成，其作用是保持航向稳定和控制飞机航向。

四、蒙皮

蒙皮的作用主要是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性，并将空气动力传递到相连的骨架上。为适应不同的飞行速度和要求，其材料由最早的帆布、层板，发展到金属（铝合金、钛合金、不锈钢等）和碳纤维。

在现代飞机上，蒙皮的材料要求比强度高、塑性好、抗蚀能力强，大多是经热处理的铝合金；高速飞机还有用钛合金、合金钢和复合材料的；隐身飞机的蒙皮还要能降低雷达反射截面积。总的发展趋势是复合材料和钛合金的比例越来越高。

蒙皮与机身的连接，根据场合的不同，可以采用铆接、焊接、粘接和螺栓连接。

未来有的飞机可能要求蒙皮智能化，在蜂窝状的蒙皮里面安装很多小型的传感器，用于接收和采集各种各样的外界信息，然后传递给中央计算机，进行精确的检测。甚至有些飞机还要求蒙皮能够根据需要进行相应的变形，从而进一步提升飞机的性能以及信息的采集能力。

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飞机蒙皮用的铝合金，为什么叫杜拉铝？

铝合金的密度低，强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。1906年，法国工程师维尔姆在一次实验中，发现在铝中加入一定量的其他金属成分时，硬度和强度均有所增加，这种铝合金，后来由杜拉金属公司制造成功，故称为杜拉铝。由于它可热处理强化，具有较高的力学性能，适于制造飞机的构件（如蒙皮、壁板、桁条、翼肋等），1930年后，杜拉铝迅速在航空界应用，这个俗名也广为人知。

五、起落架

飞机起落架是在地面支承飞机的装置，以保证它在起飞、着陆、滑行和停放时机身不倾斜，其作用就好像人的腿脚一样。另外，它还有承受和消耗飞机在着陆时撞击产生的能量以及在滑跑与滑行时操纵飞机的作用。

起落架可分为固定式和收放式两种。早期飞机的飞行速度低，对飞机的气动外形要求不严，因此起落架都是固定式，在空中飞行不能收起。采用滑橇式滑行装置的飞机的起落架也是固定式，其起落场地一般为冰雪覆盖的机场，或为松软的土质跑道和草地。

水上飞机没有起落架，它们在起落时依靠机身（船身）在水面滑行加速，在地面停放或维修时要借助辅助轮。当然，水陆两栖类飞机仍然需要自带起落架。

1.起落架的型式

起落架按轮子的布置方式分为后三点式、前三点式、自行车式和多支点式。

最早的飞机起落架都是后三点式，为了改善飞机的起落性能和飞行员的视野，后来改进为前三点式。自行车式仅应用于机翼比较薄或者机身中没有空间收藏起落架的飞机。多支点式起落架仅应用于大型飞机。

2.收放式起落架的结构

随着飞机速度的提高，为了减少空气阻力，从1920年开始，人们逐步将起落架改成收放式。收放式起落架的结构复杂，承受水平撞击减振效果差，密封装置易磨损。

收放式起落架有支柱式和摇臂式两种。

3.起落架的收放位置

前起落架舱的位置都在机头下腹部，主起落架的收放则有多种形式，可以收在机身中、机翼根部或机翼中部。

高速歼击机也有采用自行车式起落架的，即两副主起落架，起飞后收在机身内（另有两个辅助小轮，起飞后收在机翼内）。

4.缩短飞机起落距离的措施

飞机的起落距离受到机场跑道长度或其他条件的限制。为了缩短飞机的起飞距离，可以采用弹射起飞或助力起飞等方法。为了缩短飞机的降落距离，除了采用襟翼和前缘缝翼增升装置、起落架制动以外，还可以打开机翼和机身上的阻力伞，有的飞机上还有推力逆转装置，使发动机喷出的气体向前流出；在航母上则可采用拦阻钩。

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飞机起飞、降落时，到底是顺风好还是迎风好？

影响飞机升力的主要因素有四个，分别是机翼面积、飞行速度、大气密度和升力系数。因为飞机升力和飞行速度的平方成正比，所以影响最大。迎风起飞、降落时，飞机的实际速度为飞行速度与空气速度之和，所以得到的升力比无风和顺风的时候都要大，故迎风起落可以缩短飞机的起落距离。 6DEHhQ1cni20+xabUeo3Gi2ivylXu8Yqc5WNKCWIH9huXQNJOmNJdJBTJlE/9p/3