上、中、下單翼各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？講講機(jī)翼的設(shè)計(jì)
2022.10.10機(jī)翼作為飛機(jī)的重要組成部分，其主要作用是為飛行產(chǎn)生升力，提升飛行穩(wěn)定性和操縱性。與此同時(shí)，根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)用途，機(jī)翼內(nèi)部還可裝載彈藥、油料、設(shè)備等；機(jī)翼外部也可安裝掛載發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架、武器彈藥、副油箱等。除了機(jī)翼的作用和主要功用外，你是否也曾注意到不同飛機(jī)的機(jī)翼安裝位置也不同，這背后有什么設(shè)計(jì)意圖和技術(shù)考量呢？
在討論機(jī)翼安裝位置之前，我們需要先要了解一下機(jī)翼的數(shù)量。根據(jù)機(jī)翼數(shù)量不同，可劃分為單翼機(jī)、雙翼機(jī)、多翼機(jī)三種。雙翼機(jī)指的是有上下并列配置的兩副機(jī)翼的飛機(jī)；像蘇聯(lián)的伊-15、別-2，日本的Ki-10，意大利的菲亞特CR.32等著名飛機(jī)都采用了雙翼布局設(shè)計(jì)。這些飛機(jī)作為20世紀(jì)前期的產(chǎn)物，大都采用前置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率低、重量大、飛行速度慢，為了提供足夠的升力，故采用了雙翼設(shè)計(jì)。但隨著技術(shù)發(fā)展，飛行速度不斷提升，雙翼及其支柱卻因其阻力過大，而成為了一種累贅。遂逐漸退出了歷史舞臺(tái)。多翼機(jī)，比如德國?？薉R-1三翼機(jī)、英國FK-10四翼機(jī)等，也和雙翼機(jī)一樣，在飛行技術(shù)和速度的提升中逐漸被淘汰?，F(xiàn)如的主流飛機(jī)，包括：民用客機(jī)、殲擊機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)等固定翼飛機(jī)都以單翼為主。根據(jù)機(jī)翼位置可以大致分為這三類布局：上單翼、中單翼、下單翼。
1? 上 單 翼
上單翼顧名思義是指：機(jī)翼在機(jī)身頂部的布局形式。這種機(jī)翼布局形式常用于軍用運(yùn)輸機(jī)上。解放軍的運(yùn)-20、運(yùn)-9、運(yùn)-8、運(yùn)-12；美軍的C-5“銀河”、C-17“環(huán)球霸王III”、C-130；前蘇聯(lián)的伊爾-76、安-124、安225；空中客車A-400M等世界主力軍用運(yùn)輸機(jī)都采用了上單翼。
對于軍用運(yùn)輸機(jī)來說，上單翼設(shè)計(jì)使機(jī)翼離地間隙更大，懸吊發(fā)動(dòng)機(jī)的空間更大，遂而使發(fā)動(dòng)機(jī)離地間隙更遠(yuǎn)。對于軍用運(yùn)輸機(jī)時(shí)常要在砂石、草地等簡易跑道上的起落，上單翼設(shè)計(jì)讓飛機(jī)不易將跑道上的異物吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，損傷設(shè)備。其次，上單翼飛機(jī)還具有視野開闊的特點(diǎn)。向下的方向沒有機(jī)翼的遮擋，更易觀察到地面狀況，這對于時(shí)常要擔(dān)負(fù)空中投送任務(wù)的運(yùn)輸機(jī)來講十分關(guān)鍵。與此同時(shí)，空間問題也是重要的考量因素，上單翼的設(shè)計(jì)能最大程度利用機(jī)身空間，減少對機(jī)體空間的擠占。對于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)的原理，在這里需要先介紹一個(gè)概念——中央翼盒。
簡單來說，中央翼盒類似于一個(gè)插座，兩個(gè)機(jī)翼插在其中，起到連接機(jī)翼和機(jī)身的作用。上單翼的設(shè)計(jì)可以使中央翼盒從機(jī)艙頂部通過，外置中央翼盒從外面看飛機(jī)背部就好似有一個(gè)“大鼓包”。這樣一來，貨艙內(nèi)部空間更為寬敞，直通式的貨艙能更好滿足大批量運(yùn)兵需求和大尺寸超長超寬特種貨物運(yùn)輸需求。當(dāng)然，采用外置中央翼盒的上單翼飛機(jī)，也會(huì)對飛機(jī)整體氣動(dòng)外形有所影響，使飛行阻力有所提升。
2? 中 單 翼
中單翼飛機(jī)就是指機(jī)翼安裝在機(jī)身中部的設(shè)計(jì)。戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)用居多，殲-8、米格-21等都是中單翼設(shè)計(jì)。中單翼能更好的將機(jī)翼和機(jī)身一體化，這樣就能優(yōu)化飛機(jī)的氣動(dòng)外形結(jié)構(gòu)，更有效的提升升力系數(shù)和機(jī)動(dòng)能力。掛彈作業(yè)也是戰(zhàn)斗類飛機(jī)要考慮的。中單翼讓機(jī)翼離地有一定間隙和空間，但也能讓地勤人員更輕松的完成掛彈任務(wù)。一體化的機(jī)翼設(shè)計(jì)，可以不占用寶貴的機(jī)體空間，起落架也可布置在機(jī)翼下方來讓機(jī)體空間利用最大化。這對于戰(zhàn)斗機(jī)、截?fù)魴C(jī)等飛機(jī)彌足珍貴。
3? 下 單 翼
下單翼飛機(jī)的機(jī)翼直接穿過機(jī)身，在民航客機(jī)上廣泛應(yīng)用。民用客機(jī)對安全、舒適、航程、高經(jīng)濟(jì)性有著十足的要求。民機(jī)采用下單翼設(shè)計(jì)的第一個(gè)原因就是由其本身的任務(wù)性質(zhì)決定的。和軍用運(yùn)輸機(jī)相比，民用客機(jī)無需過多考慮超長超寬超重貨物的運(yùn)輸問題，這樣中央翼盒的占地問題在民用飛機(jī)上顯得沒那么重要了，即便將貨艙一分為二但對運(yùn)人為主的客機(jī)來講，在設(shè)計(jì)時(shí)無需過多的考慮；同時(shí)，洲際客機(jī)的中央油箱、機(jī)翼油箱滿載燃油時(shí)，下單翼的設(shè)計(jì)也可以提升機(jī)翼強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性；民用客機(jī)不用考慮在惡劣機(jī)場起降的需求，也就對發(fā)動(dòng)機(jī)離地間隙沒有過多的設(shè)計(jì)考量。從舒適度的角度上來講，下單翼飛機(jī)不占客艙空間，這樣一來給予了客艙設(shè)計(jì)布置很大的自由度。由于許多干線民航客機(jī)都采用翼下懸吊發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)布局，下單翼的設(shè)計(jì)能一定程度上減少噪音對客艙的影響。從安全的角度說，下單翼飛機(jī)離地更矮，緊急撤離時(shí)可以作為逃生通道，提升疏散效率。高使用頻次的民航客機(jī)，使下單翼更方便完成航前航后的檢查，這也是一大優(yōu)勢。
機(jī)翼的擺放位置體現(xiàn)了不同飛機(jī)為滿足不同任務(wù)而做出的不同設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)和氣動(dòng)外形都是經(jīng)過千萬次的驗(yàn)證而得出的最優(yōu)解。隨著技術(shù)的不斷更新迭代，飛翼式布局等看似科幻的機(jī)翼都成為了現(xiàn)實(shí)，未來人類還有可能設(shè)計(jì)出哪些機(jī)翼形態(tài)呢？
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