(1.1.5)-1.5-机翼结构现代飞机结构与系统

第五节机翼结构1机翼的功用

主要是产生升力。安装飞行操纵面、发动机、起落架，装载燃油等。机翼上主要承受分布载荷。1机翼的功用1机翼的功用2机翼的配置上单翼：机身容积利用性好中单翼：干扰阻力小下单翼：维护方便双翼：个别低速飞机使用2机翼的配置B787-下单翼2机翼的配置Y20-上单翼2机翼的配置F35-上单翼2机翼的配置Y12F-上单翼2机翼的配置机翼的平面形状2机翼的配置机翼的支撑形式2机翼的配置2机翼的配置

气动力

与速度平方成正比属于分布力气动力合力形成升力、阻力和侧向力3机翼上的外载荷1

气动力3机翼上的外载荷外翼段

气动力3机翼上的外载荷

机翼质量力（重力和惯性力）

与飞机过载成正比属于分布力分布特点合力（q机翼）作用于重心线上方向与升力反向大小与弦长成正比3机翼上的外载荷

部件质量力（部件重量和惯性力）

属于集中力与部件质量和过载成正比部件质量力作用于部件重心处方向与升力反向－－会使机翼根部受力减小3机翼上的外载荷

部件质量力（部件重量和惯性力）3机翼上的外载荷3机翼上的外载荷x（纵轴）y（立轴）z（横轴）重心垂直剪力水平剪力扭矩垂直弯矩水平弯矩4机翼的剪力、弯矩和扭矩图剪力图弯矩图剪力图弯矩图扭矩图部件卸载作用：

在机翼上安装部件，可以使飞行时机翼根部受力减小。4机翼的剪力、弯矩和扭矩图5

机翼的主要受力构件主要受力构件有：翼梁、墙、桁条、翼肋、蒙皮。5

机翼的主要受力构件5

机翼的主要受力构件6

机翼结构形式布质蒙皮机翼金属蒙皮机翼

梁式机翼

单块式机翼

新型结构机翼：整体结构、夹层结构、多墙式结构

复合式机翼6

机翼结构形式布质蒙皮机翼

蒙皮只承受局部气动力而不参与总体受力早期低速飞机用6

机翼结构形式布质蒙皮机翼6

机翼结构形式布质蒙皮机翼Y5飞机6

机翼结构形式梁式机翼结构形式：单梁式、双梁式、多梁式6

机翼结构形式梁式机翼结构及受力特点

梁（最主要的承力构件）：最强壮，抗弯（上、下缘条受拉压）、剪（腹板），承受弯矩和剪力。

桁条：少而弱，支撑蒙皮，受少量弯曲正应力。

蒙皮：维持外形，受局部气动力；构成合围框抵抗扭转变形，承受扭矩。

翼肋：支撑蒙皮和桁条，维持翼型；安装部件（翼肋需加强）。6

机翼结构形式TB200-单梁式机翼梁式机翼结构及受力特点6

机翼结构形式梁式机翼结构及受力特点F18多梁式机翼6

机翼结构形式梁式机翼使用特点

与机身的连接简单。便于开口。单梁式结构简单、轻巧，生存力较低。双梁式机翼生存力较高，适于放油箱。多梁式机翼生存力高，适于机翼很薄的飞机。蒙皮腹板副翼襟翼6

机翼结构形式多腹板式机翼6

机翼结构形式多腹板式机翼6

机翼结构形式多腹板式机翼腹板数量多，无桁条，蒙皮较厚，等强度变厚度蒙皮。翼肋较少，一般只在翼根、翼梢和有集中载荷部位布置加强翼肋。翼型主要由腹板来保持。弯矩造成的轴向力完全由上下蒙皮来承受。6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式An24-Y7单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼6

机翼结构形式单块式机翼结构及受力特点

有墙无梁或梁弱。

墙抗剪，受剪力。

桁条多而强，蒙皮厚。

蒙皮与桁条组成壁板（主要的承力构件）。

抵抗弯曲变形（上压下拉），承受弯矩。构成合围框，抵抗扭转变形，承受扭矩。6

机翼结构形式单块式机翼使用特点

与机身的连接较复杂。重量轻，刚度大。不便于开口。生存力较高。适于高速飞机。6

机翼结构形式单块式机翼使用特点6

机翼结构形式夹芯结构机翼夹芯结构机翼刚度大。采用夹芯壁板制造蒙皮、翼肋、腹板等构件。夹芯壁板由内外两层薄金属板（或复合材料层合板）与夹芯组成。6

机翼结构形式夹芯结构机翼夹芯层为轻金属箔、聚合物制成的蜂窝结构，或聚合物泡沫塑料（如PVC,PMI）、轻质金属波形板。夹芯层与表面层合板胶接或焊接。应用较广泛的是蜂窝夹层壁板，常见的夹芯材料为NOMEX蜂窝和铝蜂窝。6

机翼结构形式夹芯结构机翼

蜂窝夹芯结构的缺点：蜂窝壁板上不适合开舱口，不适合承受大的集中载荷，损坏后修补工艺较复杂，连接比较复杂，对环境湿度和温度比较敏感。飞机上使用蜂窝夹芯结构的部位：主要是一些承受局部空气动力载荷的非承力构件，如操纵面、调整片、机翼前缘、整流罩等。6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯结构6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯扰流板6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯结构的连接金属桁条层合壁板蜂窝夹芯内面板外面板螺接或铆接螺接或铆接6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯结构的连接6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯结构后缘6

机翼结构形式夹芯结构机翼蜂窝夹芯结构前缘6

机翼结构形式整体式机翼结构RIBSKIN6

机翼结构形式复合结构

根部局部为梁式，便于开口和连接。外段和其它位置为单块式、夹层结构等以减轻重量。6

机翼结构形式A380复合结构7

机翼构件构造

翼梁

承受机翼的弯矩和剪力。

腹板式、整体式、桁架式。7

机翼构件构造

金属大梁波纹梁翼梁7

机翼构件构造纵墙7

机翼构件构造桁条

支持蒙皮，限制蒙皮鼓胀或凹陷变形，并将部份局部气动力传给翼肋。提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性。承受部份弯曲轴向力。板弯桁条和拉挤型材桁条。7

机翼构件构造桁条7

机翼构件构造桁条桁条与蒙皮的铆接状态7

机翼构件构造翼肋

普通翼肋

维持机翼剖面形状。承受、传递局部气动力。支持蒙皮、桁条、翼梁，提高稳定性。加强翼肋

具有普通翼肋的作用。承受、传递集中载荷。AAA-A7

机翼构件构造翼肋冲压成型腹板式普通翼肋7

机翼构件构造翼肋冲压成型腹板式普通翼肋7

机翼构件构造翼肋组合式加强翼肋支柱腹板缘条翼梁7

机翼构件构造翼肋桁架式翼肋斜支柱缘条直支柱7

机翼构件构造翼肋桁架式翼肋7

机翼构件构造翼肋整体式翼肋7

机翼构件构造翼肋翼肋的装配关系7

机翼构件构造蒙皮

形成机翼外表面，承受局部气动力。承受机翼扭矩和部份弯矩。因承受载荷较大，一般机翼的前缘和翼根部位蒙皮较厚，而后缘和翼尖部位蒙皮较薄。7

机翼构件构造蒙皮蒙皮的铆接7

机翼构件构造蒙皮蒙皮的铆接对接对接撘接撘接8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮的初始受力8平直机翼的传力分析空气动力的传递桁条的传力状态8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮、桁条和翼肋的连接形式（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮、桁条和翼肋的连接形式翼梁翼肋腹板翼肋缘条角撑整体壁板壁板筋条壁板筋条角撑壁板筋条整体壁板壁板对接接头翼肋缘条翼肋腹板壁板筋条（i）（j）8平直机翼的传力分析空气动力的传递翼肋载荷传递给蒙皮和翼梁腹板8平直机翼的传力分析空气动力的传递翼肋载荷传递给蒙皮和翼梁腹板

闭室周缘的单向剪流数值：剪力按梁的刚度进行分配：8平直机翼的传力分析空气动力的传递翼肋载荷传递给蒙皮和翼梁腹板

截面刚心距离前梁腹板的距离：

气动力造成的扭矩8平直机翼的传力分析空气动力的传递翼梁的平衡和载荷传递腹板剪力图缘条轴力图8平直机翼的传力分析空气动力的传递翼梁缘条与机翼壁板的载荷传递壁板8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮总体载荷的传递机翼扭矩图翼根扭矩T8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮总体载荷的传递刚心压心剪力图弯矩图翼肋的内力图8平直机翼的传力分析空气动力的传递蒙皮总体载荷的传递蒙皮的应力状态下蒙皮上蒙皮展向8平直机翼的传力分析典型平直机翼传力框图蒙皮总体载荷的传递蒙皮的应力状态空气动力蒙皮桁条翼肋剪力弯矩扭矩翼梁缘条翼梁腹板机翼壁板蒙皮机身8平直机翼的传力分析集中载荷的传递翼肋承受集中载荷时的平衡状态刚心8平直机翼的传力分析集中载荷的传递结构维护工作中需要注意：①传递集中载荷的固定接头应加强检查，注意观察接头上的紧固件孔边和接头根部是否有微小裂纹出现。②检查机翼时应当注意观察各部分的铆缝情况，因为机翼各构件都是通过铆钉来传力的。③检查铆缝时，可以根据飞机的具体情况（重着陆，超速，过载超限等），确定必须着重检查的部位。④注意检查大梁上下缘条、大梁接头、下桁条等高应力区有无裂纹，上桁条、蒙皮有无失稳导致的褶皱。9后掠机翼后掠翼的优点和缺点优点：后掠翼垂直于机翼前缘的气流速度分量低于飞行速度，只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波（即提高了临界马赫数），推迟了机翼上激波的产生，出现激波时也可减弱激波强度，降低飞行阻力，节省燃油。9后掠机翼后掠翼的优点和缺点缺点：亚声速时升力效率较低，翼尖容易先失速，失去对飞机的横滚控制，一般会在翼尖安装前缘缝翼来防止翼尖过早失速。由于存在展向分速，实际有效的法向分速降低，升力也降低了。9后掠机翼后掠翼的优点和缺点缺点：后掠翼上的气流沿”S“形流过，在翼根处流管扩张，流速减慢，升力降低；在翼尖处流管收缩，升力增大。因此翼尖前缘处会有很大的吸力峰，气流迅速加速，随即又遇到很陡的逆压梯度区，立刻减速，边界层很容易分离，导致失速。扭转刚度差、亚声速时诱导阻力较大等缺点。9后掠机翼后掠翼的结构形式后掠机翼的结构形式与平直机翼相同，可以采用梁式、多腹板式、单块式、夹芯结构机翼或混合式结构。采用涡扇或涡喷发动机的现代中、大型运输机一般都采用中等后掠（后掠角约30度左右）、大展弦比机翼，这样的机翼既具有良好的高空高亚音速性能，又可以配合增升装置获得很好的低空低速性能。9后掠机翼后掠翼的结构形式前梁接头后梁接头9后掠机翼后掠翼的传力分析（a）纵向构件转折（b）斜撑梁结构（a）纵向构件不转折翼梁隔框根肋前梁斜撑梁翼梁中央翼肋隔框后梁侧边肋10机翼的对接形式梁式机翼的对接形式固定接头下耳片铰接头螺栓固定接头上耳片螺栓螺母接耳过渡段梁式机翼的铰接头和固定接头10机翼的对接形式梁式机翼的对接形式梁式机翼的对接形式机身加强框接头机翼大梁接头螺栓螺母垫片（a）翼梁与机身隔框连接10机翼的对接形式梁式机翼的对接形式梁式机翼的对接形式（b）翼梁与中央翼梁连接或对接10机翼的对接形式梁式机翼的对接形式梁式机翼大梁的三种接头形式外翼中翼根肋加强筋对接板上壁板下壁板10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式

L1011飞机翼根对接板式连接对接板式连接桁条接头桁条外翼蒙皮中央翼蒙皮桁条根肋上缘条（上对接板）根肋腹板根肋下缘条下对接板桁条接头桁条接头下对接板10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式

B727飞机翼根对接板式连接对接板式连接10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式

C141飞机翼根对接板式连接对接板式连接根肋腹板根肋缘条（对接板）整体式壁板A-A剖面AA上壁板后缘与中央翼分离面与外翼分离面前缘襟翼前梁后梁连接过渡壁板盖板螺栓壁板外翼内翼中央翼10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式新舟60运输机抗拉螺栓连接抗拉螺栓连接10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式协和运输机抗拉螺栓连接抗拉螺栓连接高抗拉钢螺栓弹簧垫圈螺母整体式上壁板整体式下壁板根肋密封连接翼肋缘条螺栓槽10机翼的对接形式单块式机翼的对接形式对接板和抗拉螺栓组合式连接连接机翼和机身的T形件中央翼桁条桁条接头中央翼蒙皮桁条接头抗拉螺栓对接板对接板外翼桁条接头抗拉螺栓外翼桁条接头翼肋凸缘（对接板）外翼蒙皮接头与桁条连接螺栓螺母螺母桁条接头翼梢方向螺栓11机翼的前后缘操纵面概述机翼的前后缘安装有增升装置、扰流板和副翼等操纵面。增升装置的功能是为了提高飞机在低速大迎角状态的气动性能，提高飞机的最大升力系数

，减小大迎角下的失速速度，在飞机起飞和着陆阶段保证飞行安全，缩短滑跑距离。各种不同的增升装置主要作用都是提高机翼的最大升力。前缘增升装置约占机翼弦长的8-15%，后缘增升装置约占机翼弦长的25-35%。11机翼的前后缘操纵面概述增升装置主要原理：将下翼面高能量气流通过狭缝导流以适合的角度从上翼面吹出，提高上翼面附面层气体动能，抑制气流分离；增大机翼的面积；增大机翼的弯度。前缘增升装置的类型主要包括：固定缝翼、克鲁格襟翼、下偏前缘、前缘变弯度缝翼等。后缘增升装置的类型包括：简单襟翼、开裂襟翼、富勒襟翼、单开缝襟翼、双开缝襟翼、多开缝襟翼、喷气襟翼等。11机翼的前后缘操纵面概述机翼上表面襟翼前缘位置安装扰流板，大型运输的扰流板数量可以超过10个（5对）。一部分作为飞行扰流板使用，实现空中减速、横滚操纵、过载保护等功能。飞机着陆时，所有扰流板都作为地面扰流板使用。地面扰流板在主起落架接地后升起，卸除机翼的升力，防止飞机反跳和拉飘，增大机轮与地面正压力，帮助飞机刹车减速。11机翼的前后缘操纵面概述现代运输机通常会安装两对副翼，一对靠近翼根的内侧副翼和靠近翼梢的外侧副翼。内侧副翼也称为全速副翼，外侧副翼则一般只在飞机低速飞行时使用，称为低速副翼。低速副翼在飞机高速飞行时被锁定，防止由于机翼扭转变形导致副翼反效。有些飞机在起降阶段为了增大低速状态的升力，使副翼和襟翼一样同向下偏，这种副翼也被称为襟副翼。传动方式液压驱动：通过液压作动器或液压马达驱动。电机驱动：通过机械驱动轴、齿轮箱等来驱动。钢索传动：通过钢索回路实现双向传动。

液压作动器11机翼的前后缘操纵面丝杠与往复螺套传动方式11机翼的前后缘操纵面人工钢索驱动传动方式11机翼的前后缘操纵面人工钢索驱动传动方式11机翼的前后缘操纵面液压驱动的优点：安装简单，部件少。用压部件数量上升会提高整个液压系统的效率。重量较轻，系统主要由管路、液压油、活门、作动器和安装支撑结构等组成。液压驱动的缺点：可能出现的液压油泄漏和系统失效会导致增升装置失效。增大了机翼相关部分失火的风险。传动方式11机翼的前后缘操纵面电机驱动的优点：通过机械传动系统进行操纵更可靠。系统的工作是完全独立的：采用完全独立工作的电机。不会对机翼带来着火的风险。电机驱动的弱点：电机、传动轴、齿轮箱和驱动丝杠会使系统重量很大。轴承、丝杠、齿轮等数量庞大的易磨损件需要经常更换。维护工作量较大，需要定期更换齿轮箱润滑油，对外部磨损部件进行润滑。传动方式11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面缝翼缝翼固定前缘翼盒翼盒缝翼导轨支撑滑轮（a）缝翼（b）变弯度克鲁格襟翼克鲁格襟翼固定前缘（收上状态）（放下状态）连杆机构翼盒翼盒典型前缘翼面收放状态前缘缝翼

缝翼尺寸较小，曲率较大，受上翼面空气吸力较大。缝翼放下时机翼阻力增量和俯仰力矩增量较小。分布于整个翼展区域的缝翼可以将最大升力系数提高0.5-0.9。超大展弦比的结构特征使缝翼后缘容易在空气吸力作用下翘起，需安装多个止动卡笋。襟翼收放滑轨一般由高强度钢或钛合金制造。机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面前缘缝翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面B737出现故障的缝翼前缘缝翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面气动吸力无限位器时的气动弹性位移限位器缝翼（收上状态）缝翼的限位器防冰管外蒙皮上缘条翼肋后缘外蒙皮后缘型材连接型材内蒙皮可拆卸腹板下缘条十字型材冲压凹槽内蒙皮机加工前缘翼肋导轨导轨限位翼肋限位翼肋导轨支撑翼肋导轨支撑翼肋限位翼肋前缘缝翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面典型缝翼结构前缘缝翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面典型缝翼结构导轨翼肋限位翼肋后缘型材导轨内蒙皮翼肋作动器支撑翼肋导轨支撑翼肋外蒙皮防冰热空气流道调节装置缝翼导轨缝翼滑轮止动器导轨支撑滑轮检修口盖机翼前梁密封盒排水口前缘缝翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面典型缝翼结构主滑轮襟翼导轨调节器侧滑轮润滑克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面克鲁格襟翼在波音飞机上通常安装在机翼内侧前缘，可以使飞机在出现失速时获得纵向稳定性。分类：固定转轴式克鲁格襟翼和变弯度克鲁格襟翼。B747克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面根肋前梁下缘条桁条前梁上缘条前梁腹板保形翼肋克鲁格襟翼悬挂支架克鲁格襟翼悬挂支架

B727翼根固定结构与克鲁格襟翼挂架克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面

B727普通克鲁格襟翼收放位置前缘蒙皮防冰热空气流道固定前缘组件前梁上缘条前梁腹板前梁下缘条前梁腹板加强筋下检修口盖克鲁格襟翼（收上）襟翼折叠前缘克鲁格襟翼（放下）铰支座克鲁格襟翼折叠前缘

B727普通克鲁格襟翼结构克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面克鲁格襟翼机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面折叠前缘收放作动摇臂连杆襟翼壁板驱动连杆随动摇臂止动机构狭缝弧度撑杆（部分放下）（完全放下）变弯度克鲁格襟翼下偏前缘机翼前缘增升装置11机翼的前后缘操纵面

增升效率低于缝翼，但具有结构简单、刚度大、适合薄翼型飞机等特点。适合用于机翼前缘尖锐的超音速薄机翼飞机。防止高过载机动飞机前缘出现早期的气流分离。

自适应机翼采用下偏前缘。11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置下偏前缘11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置下偏前缘11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置固定狭缝巡航状态时为减小阻力将狭缝关闭11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置固定狭缝11机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置固定狭缝PZL-104MWilga200011机翼的前后缘操纵面机翼前缘增升装置固定狭缝11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置机翼后缘上部保形翼肋11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置开裂式襟翼

下偏时阻力增量较大。结构简单，重量轻，增升效率较低，应用较少。11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置开裂式襟翼11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置普通襟翼

普通襟翼与后梁的间隙封闭起来时，增升效率更高。下偏角度超过10-15度时，翘起的襟翼前端后方气流会立刻分离，增升效率会逐渐下降，阻力逐渐增大到与开裂襟翼相似的程度。通用飞机和战斗机采用普通襟翼较多。11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置普通襟翼铰链翼肋前梁后梁襟翼（放下）襟翼（收上）11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置普通襟翼11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置单缝襟翼

偏转角度可以达到约40度，并保持边界层稳定。增升效率对狭缝的形状敏感。由轨道和滑板组件实现收放。通用飞机的单缝襟翼转轴常采用固定式。11机翼的前后缘操纵面机翼后缘增升装置单缝襟翼（a