大型軍用運輸機和民航客機是兄弟,結構差不多,都有又寬又胖的機身和又薄又長的機翼(相對於機身),自重一兩百噸。

飛行中,所有重量都要靠機翼升力託舉起來,機翼本身還要承受空氣動力載荷。所以薄薄的機翼總讓人擔心,害怕它突然折斷。但實際上機翼非常結實,維護良好的機翼在飛行中斷掉幾乎是不可能的。

機翼的結構很巧妙,它可不是一塊實心金屬板。相反,它是空心的,像鳥的翅膀一樣有血有肉還有骨。機翼裏有油箱,裝着大量燃油,下方掛着發動機短艙,還有襟翼、副翼、前緣縫翼、擾流板等各種控制舵面。

它就像房子裏的大梁,絕對是“棟樑之材”。如此強悍的能力,來源於幾大絕招:

一、翼盒分散受力。

機翼的翼盒段,由翼梁、縱牆、翼肋、桁條組成,外面用蒙皮覆蓋。它們組成矩形框架結構,有梁式、單塊式、多腹板式三種。

翼梁、縱牆、桁條爲縱向,其中翼梁承擔了大部分彎矩和剪力;翼肋是橫向,支撐着蒙皮、桁條,決定了機翼外形厚度,又分普通肋、加強肋。加強肋要承擔起落架、發動機舵、控制舵面對機翼的作用力,並將其傳遞到翼樑上。

蒙皮作用也很大。它與外界直接接觸,首先承受氣流的壓力和吸力,再將力傳遞到桁條和翼肋。早期的織物蒙皮不參與整體受力,現代的金屬蒙皮則參與整體受力。它與翼梁、腹板組合在一起,形成盒式薄壁梁對抗機翼扭矩。

其實機翼與橋樑建設中使用的鋼箱梁很像。鋼箱梁也有直腹板、斜腹板、橫隔板、底板等部件,能承受巨大彎矩、扭矩和剪力。

鋼箱梁

一節節鋼箱梁拼接起來,就變成跨越江河湖海的鋼鐵大橋,承擔的重量可不止幾百噸。

此外,機翼結構也類似現代樓房建築中的框架結構。傳統磚牆承受載荷小,現代大樓都用混凝土梁和柱組成框架結構,承擔上萬噸重量。普通磚牆只起到包圍分割作用。

包裝紙箱用的瓦楞紙也有一部分類似結構。

二、乾坤大挪移。

飛機受力從蒙皮傳遞到翼肋,再傳遞到翼梁,但機翼不會化解全部力量。

它通過連接點,把一部力轉移到機身上,實現乾坤大挪移。機翼分上單翼、中單翼、下單翼。民航客機用下單翼較多,便於維修,而軍用運輸機大部分用上單翼。

機身的結構也和機翼類似。早期有構架式機身,後來過渡到硬殼機身,再到半硬殼機身。現在大多數飛機都是半硬殼結構,機身由大梁、隔框、桁條和金屬蒙皮組成。

從機身機翼連接點傳來的力,通過大梁、桁條傳遞到金屬蒙皮,最終分散到整個機身。就這樣,機翼載荷由機身多個部分共同承擔,從而使局部受力保持在強度範圍內,實在巧妙。

三、大量複合材料,賦予機翼強大能力。

除了剛性強度,機翼還有足夠的柔韌性。大量複合材料和優秀結構讓機翼能在很大範圍內彎曲移動。和風漫談原創,禁止抄襲。

比如空客A350XWB飛機靜力試驗平臺,全機使用53%的複合材料,機翼蒙皮由碳纖維材料製成。在極限載荷試驗中,翼梢向上彎曲達5米,就像柔軟手臂一般,變形能力令人驚訝。

綜上,在巧妙的結構設計和大量複合材料共同作用下,又薄又長的機翼將幾百噸飛機輕鬆託舉起來,在天空中自由翱翔。科技的力量真是無窮的,讓人讚歎不已!

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