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全面了解飛機(jī)結(jié)構(gòu)及材料

2018-10-31 12:05:08 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：飛機(jī)維修磚家分享至：

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)全書(shū)14款第一部分的定義和縮寫，飛行器（Aircraft）是一種用于或者可用于飛行的設(shè)備。根據(jù)飛行員認(rèn)證的飛行器分類有飛機(jī)（airplane），直升機(jī)（rotorcraft），氣球類（lighter-than-air），動(dòng)力升力類（powered-lift），以及滑翔機(jī)（glider）。還定義了飛機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，比空氣重的固定翼飛行器，在飛行中由作用于機(jī)翼上的動(dòng)態(tài)空氣反作用力支持。以下簡(jiǎn)單介紹飛機(jī)和它的主要組成部分。

主要組成部分

盡管飛機(jī)可以設(shè)計(jì)用于很多不同的目的，大多數(shù)還是有相同的主要結(jié)構(gòu)。它的總體特性大部分由最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)確定。大部分飛機(jī)結(jié)構(gòu)包含機(jī)身（fuselage），機(jī)翼（wings），尾翼（empennage），起落架（landing gear）和動(dòng)力裝置（powerplant）。

機(jī)身

機(jī)身包含駕駛艙（cockpit）和/或客艙（cabin），其中有供乘客使用的坐位和飛機(jī)的控制裝置。另外，機(jī)身可能也提供貨艙和其它主要飛機(jī)部件的掛載點(diǎn)。一些飛行器使用開(kāi)放的桁架結(jié)構(gòu)（truss structure）。桁架型機(jī)身用鋼或者鋁質(zhì)管子構(gòu)造。通過(guò)把這些管子焊接成一系列三角形來(lái)獲得強(qiáng)度和剛性，成為桁架結(jié)構(gòu)。下圖就是華倫桁架（The Warren truss）。

華倫桁架結(jié)構(gòu)中有縱梁（longeron），斜管子（diagonal web member）和豎直的管子（vertical web member）單元。為降低重量，小飛機(jī)一般使用鋁合金管子，可能是用螺釘或者鉚釘通過(guò)連接件鉚成一個(gè)整體。

隨著技術(shù)進(jìn)步，飛行器設(shè)計(jì)人員開(kāi)始把桁架單元弄成流線型的飛機(jī)以改進(jìn)性能。在最初使用布料織物來(lái)實(shí)現(xiàn)的，最終讓位于輕金屬比如鋁。在某些情況下，外殼可以支持所有或者一主要部分的飛行載荷。大多數(shù)現(xiàn)代飛機(jī)使用稱為單體橫造或者半單體構(gòu)造的加強(qiáng)型外殼結(jié)構(gòu)。

單體橫造設(shè)計(jì)使用加強(qiáng)的外殼來(lái)支持幾乎全部的載荷。這種結(jié)構(gòu)非常結(jié)識(shí)，但是表面不能有凹痕或者變形。這種特性可以很容易的通過(guò)一個(gè)鋁的飲料罐來(lái)演示。你可以對(duì)飲料罐的兩頭施加相當(dāng)?shù)牧α抗茏硬皇苁裁磽p壞。然而，如果罐壁上只有一點(diǎn)凹痕，那么這個(gè)罐子就很容易的被扭曲變形。實(shí)際的單體造型結(jié)構(gòu)主要由外殼（蒙皮 skin），隔框（former），防水壁（bulkhead）組成。隔框和防水壁形成機(jī)身的外形。如圖。

由于沒(méi)有支柱，外殼必須足夠的堅(jiān)固以保持機(jī)身的剛性。這樣，單體造型結(jié)構(gòu)有一個(gè)重要的問(wèn)題，在保持重量在允許的范圍內(nèi)同時(shí)要維持足夠的力量。由于單體設(shè)計(jì)的限制，今天的大多數(shù)飛機(jī)使用半單體造型結(jié)構(gòu)。

半單體造型結(jié)構(gòu)使用飛機(jī)外殼可以貼上去的亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)由隔框和不同尺寸的隔壁以及桁條（stringer）組成，通過(guò)來(lái)自機(jī)身的彎曲應(yīng)力來(lái)加固加強(qiáng)的外殼。機(jī)身的主要部分也包括機(jī)翼掛載點(diǎn)（wing　attachment point）和防火隔板（firewall）。

在單發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)一般附加在機(jī)身的前端。在發(fā)動(dòng)機(jī)后面和駕駛艙或客艙之間有防火部分以保護(hù)飛行員或乘客受到發(fā)動(dòng)機(jī)火焰的傷害。這部分稱為防火隔壁，一般由阻熱材料如不銹鋼制成。

機(jī)翼

機(jī)翼是連接到機(jī)身兩邊的翅膀，也是支持飛機(jī)飛行的主要升力表面。很多飛機(jī)制造商設(shè)計(jì)了多種不同的機(jī)翼樣式，尺寸和外形。每一種都是為了滿足特定的需要，這些需要由具體飛機(jī) 的目標(biāo)性能決定。下面將解釋機(jī)翼是如何獲得升力的。

機(jī)翼可以安裝在機(jī)身的上，中或較低部分，分別稱為高翼，中翼，低翼設(shè)計(jì)。機(jī)翼的數(shù)量也可以不同。有一組機(jī)翼的飛機(jī)稱為單翼機(jī)（monoplane），有兩組機(jī)翼的飛機(jī)稱為雙翼飛機(jī)或者復(fù)翼飛機(jī)（biplane）。

許多高翼飛機(jī)有外部支柱，或者機(jī)翼支桿，它可以通過(guò)支桿把飛行和著陸負(fù)荷傳遞到主機(jī)身結(jié)構(gòu)。由于支桿一般安裝在機(jī)翼突出機(jī)身的一半位置上，所以這種類型的機(jī)翼結(jié)構(gòu)也叫半懸臂機(jī)翼。少數(shù)高翼飛機(jī)和多數(shù)低翼飛機(jī)用全懸臂機(jī)翼不用外部支桿來(lái)承載負(fù)荷。機(jī)翼的主要結(jié)構(gòu)部件有翼梁（spar），翼肋（rib），桁條（stringer）。

這些都通過(guò)支桿，工字型梁，管子，或其它設(shè)備包括外殼而加固。翼肋決定了機(jī)翼的外形和厚度。在大多數(shù)現(xiàn)代飛機(jī)上，油箱（fuel tank）也是機(jī)翼的一個(gè)集成部件。或者由靈活的安裝在機(jī)翼里的容器組成。

安裝在機(jī)翼后面的或者尾部和邊緣的是兩種類型的控制面，稱為副翼（aileron）和襟翼（flap）。副翼大約從機(jī)翼的一半處向外伸出，以利于創(chuàng)造使得飛機(jī)側(cè)滾的反方向移動(dòng)和傾斜的空氣動(dòng)力。襟翼從靠近機(jī)翼中點(diǎn)處向外伸出。襟翼在巡航飛行時(shí)通常是和機(jī)翼表面齊平的。當(dāng)向外伸出時(shí)，襟翼同時(shí)向下延伸以在起飛或者著陸時(shí)增加機(jī)翼的升力。

尾翼

飛機(jī)尾巴部分的正確名字叫尾翼（empennage）。尾翼包括整個(gè)的尾巴部分，由固定翼面如垂直尾翼（vertical stabilizer）和水平尾翼（horizontal stabilizer）組成。可活動(dòng)的表面包括方向舵（rudder），升降舵（elevator），一個(gè)或者多個(gè)配平片（trim tab）（補(bǔ)翼）。

第二種尾翼的設(shè)計(jì)不需要升降舵。相反，在中央的鉸鏈點(diǎn)安裝一片水平尾翼，鉸鏈軸是水平的。這種類型的設(shè)計(jì)叫全動(dòng)式水平尾翼（stabilator），使用控制輪移動(dòng)，就像使用升降舵一樣。例如，當(dāng) 你向后拉控制輪時(shí)，水平尾翼轉(zhuǎn)動(dòng)，拖尾邊緣向上運(yùn)動(dòng)。水平尾翼還有一個(gè)沿尾部邊緣的防沉降片（antiservo tab）。

防沉降片的運(yùn)動(dòng)方向和水平尾翼尾部邊緣的運(yùn)動(dòng)方向一樣。防沉降片也作為減輕控制壓力的配平片，說(shuō)明維持水平尾翼在需要的位置。

垂直方向舵安裝在垂直尾翼的后部。飛行時(shí)，它用于使得飛機(jī)頭部向左或者向右運(yùn)動(dòng)。在飛行轉(zhuǎn)彎時(shí)，垂直方向舵需要和副翼配合使用。升降舵安裝在水平尾翼的后面，用于控制在飛行中飛機(jī)的頭部向上或者向下運(yùn)動(dòng)。

配平片是位于控制面的尾部邊緣可活動(dòng)的一小部分。這些可活動(dòng)的配平片，從駕駛艙控制，降低控制壓力。配平片也可以安裝在副翼，方向舵和/或升降舵。

起落架

起落架是飛機(jī)停放，滑行，起飛或者著陸時(shí)的主要支撐部分。大多數(shù)普通類型的起落架由輪子組成，但是飛機(jī)也可以裝備浮筒（float）以便在水上運(yùn)作，或者用于雪上著陸的雪橇（ski）。

起落架由三個(gè)輪子組成，兩個(gè)主輪子，以及一個(gè)可以在飛機(jī)后面或者前面的第三個(gè)輪子。使用后面安裝第三個(gè)輪子的起落架稱為傳統(tǒng)起落架。傳統(tǒng)起落架的飛機(jī)有時(shí)候是指后三點(diǎn)式飛機(jī)（tailwheel airplane）。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)輪子位于飛機(jī)頭部位置時(shí)稱為前三點(diǎn)式飛機(jī)，相應(yīng)的這種設(shè)計(jì)叫前三點(diǎn)式起落架（tricycle gear）。可操控的前輪或者尾輪允許在地面上對(duì)飛機(jī)的全部控制。

發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)一般包括引擎（engine）和螺旋推進(jìn)器（propeller）。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要作用是為螺旋推進(jìn)器提供轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。它也產(chǎn)生電力，為一些儀表提供真空源，在大多數(shù)單發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)為飛行員和乘客提供熱量的來(lái)源。發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)罩（cowling）蓋住，或者在某些飛機(jī)上，它被飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙包圍。發(fā)動(dòng)機(jī)罩或者發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的作用是使得發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的空氣流動(dòng)變得流線型，用管子引導(dǎo)氣缸的空氣來(lái)幫助冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。