全面了解飞机结构及材料

2018-10-31 12:05:08 作者：本网整理来源：飞机维修砖家分享至：

根据美国联邦法规全书14款第一部分的定义和缩写，飞行器（Aircraft）是一种用于或者可用于飞行的设备。根据飞行员认证的飞行器分类有飞机（airplane），直升机（rotorcraft），气球类（lighter-than-air），动力升力类（powered-lift），以及滑翔机（glider）。还定义了飞机是由发动机驱动的，比空气重的固定翼飞行器，在飞行中由作用于机翼上的动态空气反作用力支持。以下简单介绍飞机和它的主要组成部分。

主要组成部分

尽管飞机可以设计用于很多不同的目的，大多数还是有相同的主要结构。它的总体特性大部分由最初的设计目标确定。大部分飞机结构包含机身（fuselage），机翼（wings），尾翼（empennage），起落架（landing gear）和动力装置（powerplant）。

机身

机身包含驾驶舱（cockpit）和/或客舱（cabin），其中有供乘客使用的坐位和飞机的控制装置。另外，机身可能也提供货舱和其它主要飞机部件的挂载点。一些飞行器使用开放的桁架结构（truss structure）。桁架型机身用钢或者铝质管子构造。通过把这些管子焊接成一系列三角形来获得强度和刚性，成为桁架结构。下图就是华伦桁架（The Warren truss）。

华伦桁架结构中有纵梁（longeron），斜管子（diagonal web member）和竖直的管子（vertical web member）单元。为降低重量，小飞机一般使用铝合金管子，可能是用螺钉或者铆钉通过连接件铆成一个整体。

随着技术进步，飞行器设计人员开始把桁架单元弄成流线型的飞机以改进性能。在最初使用布料织物来实现的，最终让位于轻金属比如铝。在某些情况下，外壳可以支持所有或者一主要部分的飞行载荷。大多数现代飞机使用称为单体横造或者半单体构造的加强型外壳结构。

单体横造设计使用加强的外壳来支持几乎全部的载荷。这种结构非常结识，但是表面不能有凹痕或者变形。这种特性可以很容易的通过一个铝的饮料罐来演示。你可以对饮料罐的两头施加相当的力量管子不受什么损坏。然而，如果罐壁上只有一点凹痕，那么这个罐子就很容易的被扭曲变形。实际的单体造型结构主要由外壳（蒙皮 skin），隔框（former），防水壁（bulkhead）组成。隔框和防水壁形成机身的外形。如图。

由于没有支柱，外壳必须足够的坚固以保持机身的刚性。这样，单体造型结构有一个重要的问题，在保持重量在允许的范围内同时要维持足够的力量。由于单体设计的限制，今天的大多数飞机使用半单体造型结构。

半单体造型结构使用飞机外壳可以贴上去的亚结构，亚结构由隔框和不同尺寸的隔壁以及桁条（stringer）组成，通过来自机身的弯曲应力来加固加强的外壳。机身的主要部分也包括机翼挂载点（wing　attachment point）和防火隔板（firewall）。

在单发动机飞机上，发动机一般附加在机身的前端。在发动机后面和驾驶舱或客舱之间有防火部分以保护飞行员或乘客受到发动机火焰的伤害。这部分称为防火隔壁，一般由阻热材料如不锈钢制成。

机翼

机翼是连接到机身两边的翅膀，也是支持飞机飞行的主要升力表面。很多飞机制造商设计了多种不同的机翼样式，尺寸和外形。每一种都是为了满足特定的需要，这些需要由具体飞机的目标性能决定。下面将解释机翼是如何获得升力的。

机翼可以安装在机身的上，中或较低部分，分别称为高翼，中翼，低翼设计。机翼的数量也可以不同。有一组机翼的飞机称为单翼机（monoplane），有两组机翼的飞机称为双翼飞机或者复翼飞机（biplane）。

许多高翼飞机有外部支柱，或者机翼支杆，它可以通过支杆把飞行和着陆负荷传递到主机身结构。由于支杆一般安装在机翼突出机身的一半位置上，所以这种类型的机翼结构也叫半悬臂机翼。少数高翼飞机和多数低翼飞机用全悬臂机翼不用外部支杆来承载负荷。机翼的主要结构部件有翼梁（spar），翼肋（rib），桁条（stringer）。

这些都通过支杆，工字型梁，管子，或其它设备包括外壳而加固。翼肋决定了机翼的外形和厚度。在大多数现代飞机上，油箱（fuel tank）也是机翼的一个集成部件。或者由灵活的安装在机翼里的容器组成。

安装在机翼后面的或者尾部和边缘的是两种类型的控制面，称为副翼（aileron）和襟翼（flap）。副翼大约从机翼的一半处向外伸出，以利于创造使得飞机侧滚的反方向移动和倾斜的空气动力。襟翼从靠近机翼中点处向外伸出。襟翼在巡航飞行时通常是和机翼表面齐平的。当向外伸出时，襟翼同时向下延伸以在起飞或者着陆时增加机翼的升力。

尾翼

飞机尾巴部分的正确名字叫尾翼（empennage）。尾翼包括整个的尾巴部分，由固定翼面如垂直尾翼（vertical stabilizer）和水平尾翼（horizontal stabilizer）组成。可活动的表面包括方向舵（rudder），升降舵（elevator），一个或者多个配平片（trim tab）（补翼）。

第二种尾翼的设计不需要升降舵。相反，在中央的铰链点安装一片水平尾翼，铰链轴是水平的。这种类型的设计叫全动式水平尾翼（stabilator），使用控制轮移动，就像使用升降舵一样。例如，当你向后拉控制轮时，水平尾翼转动，拖尾边缘向上运动。水平尾翼还有一个沿尾部边缘的防沉降片（antiservo tab）。

防沉降片的运动方向和水平尾翼尾部边缘的运动方向一样。防沉降片也作为减轻控制压力的配平片，说明维持水平尾翼在需要的位置。

垂直方向舵安装在垂直尾翼的后部。飞行时，它用于使得飞机头部向左或者向右运动。在飞行转弯时，垂直方向舵需要和副翼配合使用。升降舵安装在水平尾翼的后面，用于控制在飞行中飞机的头部向上或者向下运动。

配平片是位于控制面的尾部边缘可活动的一小部分。这些可活动的配平片，从驾驶舱控制，降低控制压力。配平片也可以安装在副翼，方向舵和/或升降舵。

起落架

起落架是飞机停放，滑行，起飞或者着陆时的主要支撑部分。大多数普通类型的起落架由轮子组成，但是飞机也可以装备浮筒（float）以便在水上运作，或者用于雪上着陆的雪橇（ski）。

起落架由三个轮子组成，两个主轮子，以及一个可以在飞机后面或者前面的第三个轮子。使用后面安装第三个轮子的起落架称为传统起落架。传统起落架的飞机有时候是指后三点式飞机（tailwheel airplane）。当第三个轮子位于飞机头部位置时称为前三点式飞机，相应的这种设计叫前三点式起落架（tricycle gear）。可操控的前轮或者尾轮允许在地面上对飞机的全部控制。

发动机

发动机一般包括引擎（engine）和螺旋推进器（propeller）。发动机的主要作用是为螺旋推进器提供转动的动力。它也产生电力，为一些仪表提供真空源，在大多数单发动机飞机上，发动机为飞行员和乘客提供热量的来源。发动机飞机发动机罩（cowling）盖住，或者在某些飞机上，它被飞机发动机机舱包围。发动机罩或者发动机机舱的作用是使得发动机周围的空气流动变得流线型，用管子引导气缸的空气来帮助冷却发动机。