第1个回答 2011-05-12
二、飞机主要组成部分及其构造
飞机对结构材料要求很高,由于飞机尺寸大,刚度小,构造精度不易保证,同时,飞机零部件多,装配工作量大、难度也大。
飞机主要由机翼、机身、动力装置、起落装置、操纵系统等部件组成。
(一)机翼
机翼是为飞机飞行提供举力的部件。飞机在平衡飞行时,受到四个力的作用:举力、阻力、拉(推)力与重力。这些外力称为"外载荷",它们会使飞机的某些部件产生变形,而飞机内部会产生一种抵抗变形的内力。这些载荷加到机翼上,会使机翼产生弯曲、扭转、剪切、拉伸和压缩五种变形。因此,要求构件必须有足够的强度、刚度和抗疲劳能力来抵抗这种变形以保证空气动力外形的精确度。
机翼受力构件包括内部骨架、外部蒙皮以及与机身联接的接头。如图9-4-3。
图9-4-3 机翼构造
高速飞机机翼的气动外形与低速飞机有较大差异,机翼形式有后掠角形、三角形和小展弦比梯形等。
(二)机身
飞机机身的主要功能是装载人员、货物、燃油、武器、各种装备和其它物资。除此以外,它还用于连接机翼、尾翼、起落架和其它有关构件。
根据机身的功能,其构造首先要具有尽可能大的空间以便使单位体积利用率最高;其次是连接必须安全可靠;第三是要有良好的通风加温、隔音设备,视界广阔,利于飞机起落;第四是在气动方面要求尽可能减少阻力,如迎风面积尽可能小、表面尽可能光滑;形状流线化等;五是在保证强度、刚度、抗疲劳能力的条件下重量尽可能轻。
图9-4-3 机身构造
机身的外形与发动机的类型、数目及安装位置有关。一般机身的侧面外形为拉长的流线体,它很大程度上受驾驶舱的影响。机身的剖面形状有圆、椭圆、方、梯形等,它们适合不同用途和速度范围的飞机。例如,低速飞机可用方形,具有气密座舱的高亚音速大型客机多用圆形或椭圆形。
图9-4-4 大型客机机舱结构
1-正驾驶员座;2-副驾驶员座;3-无线电员座;4-随机工程师座;5-前进口;
6-厕所;7-紧急救护药物及报章杂志台;8-厨房;9-酒巴间;10-空勤人员休息室;11-衣帽间;12-后进口;
由于机身的重要作用是装载人员、货物和设备,故必须要配备各种舱室和必要的装备,如驾驶员座舱、旅客舱、货舱、军用机的炸弹舱等。此外,还有机身的通风、保暖、防止噪音、增压与安全等辅助设备。
旅客机的空勤人员较多,空勤组座舱大,设备多。旅客舱除有足够的装载旅客的空间外,还必须考虑旅客的安全与舒适。无论民用机还是军用机,都必须考虑高空飞行时的气密增压问题、大型高亚音速客机的通风保暖与防止噪音问题。旅客机中必须有较小的货舱以便装载旅客随身行李和部分货物。货运机的主要舱室均用于装货。大型客机还需有辅助舱,如衣帽间、厕所等。
(三)动力装置
除气球外所有航空器和航天器都需要动力。从本世纪二十年代飞机开始应用以来,人们一直在致力于改进航空发动机性能。1903年第一架飞机飞行的动力来自一台12马力的活塞式发动机。直到四十年代飞机飞行速度接近和达到音速时,这一类发动机在航空领域的独占地位才被涡轮喷气式发动机所取代。
活塞式发动机是以汽油作燃料的一种四冲程内燃机。按冷却方式,活塞式发动机可分为液冷式和气冷式两种。活塞发动机的气缸数目最多可达28个或更多,最大功率近4000马力。航空活塞发动机要求重量轻、尺寸小、马力大、油耗低。因此,由活塞发动机及其附件的重量与它所能产生的功率(马力)之比值决定的"重量马力比"和"燃油消耗率"即活塞发动机每小时内发出1马力所消耗的燃油重量成为衡量活塞发动机性能的两项主要指标。目前一些活塞发动机的重量马力比为0.4公斤/马力、燃油消耗率为0.2~0.25公斤/马力·小时。较新的一种旋转式活塞发动机重量马力比达到0.264左右。
螺旋桨为活塞发动机飞机提供拉力。它有二叶的,也有三、四或六叶(图9-4-5)的。
图9-4-5 螺旋桨构造
1-前面三叶螺旋桨的旋转方向;2-后面三叶螺旋桨的旋转方向
当飞机飞行速度提高到需要突破"音障"时,螺旋桨动力装置便不能满足需要。这时要用结构简单、重量轻、推力大的涡轮喷气式发动机。涡轮喷气式发动机的气流速度越大,推力也越大。目前有的喷气发动机的喷气速度可达到600~900m/sec。它包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管五部分;更高速度的飞机上还安装了加力燃烧室。
飞机上除发动机外,还需要有一整套保证发动机可靠、有效工作的装置,包括发动机固定装置、进排气系统、燃油及滑油供应系统、防火防冰等安全设备与发动机操纵系统。
(四)起落装置
飞机起落装置的功能是使飞机能在地面或水面上平顺地起飞、着陆、滑行和停放;吸收着陆撞击的能量以改善起落性能。陆上飞机起落装置包括起落架与改善起落性能的装置两部分;起落架的作用是使飞机在地面起落、滑行、停放。它由受力结构、减震器、机轮和收放机构组成。改善起落性能的装置则包括增举装置、起飞加速器、机轮刹车和阻力伞或减速伞等。
早期飞机采用四轮式起落架,优点是稳定且便于操纵,但结构复杂,重量与阻力较大,尤其是不易收放。实践证明:三个支点足以满足需要,故现代飞机大多采用三点式起落架。由于飞机机身前部有发动机、螺旋桨等设备,较早应用的是后三点式起落架;后三点式起落架的两个主轮在飞机重心前靠重心处,尾轮则在飞机纵轴平面的尾部,主要适用于低速轻型活塞发动机飞机。近年某些高速重型飞机上还出现了自行车式起落架。图9-4-6描述了几种起落架的基本型式。
图9-4-6 起落架基本型式
1-飞机重心;2-飞机纵轴;3-主轴;-4-尾轮;5-前轮;6-辅助轮;
(a)后三点式; (c)前三点式; (b)自行车式
(五)操纵系统
飞机操纵系统可分主操纵系统和辅助操纵系统。主操纵系统是对升降舵、方向舵和副翼三个主要操纵面的操纵,辅助操纵系统指对调整片、增举装置和水平安定面等的操纵。
主操纵系统包括中央操纵机构和传动系统两部分。中央操纵机构位于座舱内,由驾驶员直接操纵。它包括手操纵和脚操纵两部分;手操纵部分连接升降舵和副翼,脚操纵部分则与方向舵相连。手操纵分两类,一是驾驶杆,多由硬铝管制成,多用于小型飞机;二是驾驶盘,也用铝管制成,可使驾驶员省力,但灵敏度低一些。脚操纵经驾驶员用脚踩动,经传动机构使方向舵偏转。
辅助操纵系统包括对水平安定面、襟翼、调整片的操纵等。它一般需要采用特殊装置如液压、冷气、电动或机械等方式将操纵面固定在规定位置上。驾驶员通过转盘或手柄以及钢索将动作传动到操纵面上去。
为帮助驾驶员节省体力,可采用助力器。助力器是一种用液压、电动或冷气为动力协助驾驶员带动舵面的机构。其中液压助力器应用最广,电动助力器多用于应急。
(六)飞机的飞行
起飞与着陆是飞机的两项重要飞行性能。涡轮喷气式发动机飞机,由于发动机拉力大,起飞过程可分为两个阶段(图9-4-7):一是"起飞滑跑"阶段,飞机首先在地面开动发动机,将拉力增大到可使飞机在地面从静止到开始滑跑,然后将油门继续加大,提高拉力使飞机加速前进。当速度增加到足够大时,举力超过重力,飞机便离地而起,进入第二阶段,即"加速与爬行"阶段。当飞机爬升到25m高时,起飞结束。飞机在这两个阶段所飞越的距离就是起飞距离。25m是人为规定的,主要考虑避开机场周围房屋。对拉力小的喷气发动机或活塞螺旋桨飞机,起飞可分为三个阶段:离地前的起飞滑跑阶段;离地后的平飞加速阶段;速度足够大时的爬升阶段。
图9-4-7 飞机起飞过程
1-起飞滑跑;2-加速和爬升;3-起飞距离;A-建筑物
飞机的起飞距离越短越好,以便减少跑道长度,降低机场建筑费用。对军用飞机来说,还可更快升空以利作战。
缩短起飞距离的途径主要有:加大发动机拉力;减少飞机起飞重量;增大飞机的最大举力系数;等等。
飞机的着陆与起飞相反,可分为五个阶段(图9-4-8):下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和着陆滑跑。下滑是驾驶员减速后从25m处下沉;在接近地面时拉平飞机开始平飞减速;当飞机降到着陆速度时,举力小于重力,飞机机轮飘落触地,这时的速度称为着陆速度,也是飞机的最小速度,这一速度越小越安全。触地后继续前进直到停止,即完成了整个着陆。上述五个阶段的飞行距离总称为着陆距离。
图9-4-8 飞机着陆过程
1-下滑;2-拉平;3-平飞减速;4-飘落触地;5-着陆滑跑;6-着陆距离;A-建筑物
缩短着陆滑跑距离和减少着陆速度的途径有:在机轮上安装刹车减少着陆滑跑阶段的距离;采取增举装置降低着陆速度;采用阻力板、阻力伞、反推力装置和反桨装置以及降低飞机自重等。