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三維機翼

對飛機的機翼進行設計過程中，常需要進行三維機翼的設計。三維機翼設計應在滿足給定的巡航速度（Ma）和水平飛行升力係數，絕對保證飛行安全和機場要求（現在機場要求飛機翼展不得超過80m）等條件下，獲得儘可能高的升阻比。另外，三維機翼氣動布局的基本要求有保證最小的誘導阻力值、最低波阻值等。

基本介紹

中文名：三維機翼
外文名：three-dimensional wing
設計要求：滿足給定速度、升力係數等
設計方向：獲得儘可能高的升阻比
一級學科：航空科技
二級學科：航空器

亞聲速幹線飛機三維機翼的設計,提高Ma·Kmax值,減小阻力,三維機翼氣動布局的基本要求,三維機翼的一種氣動設計方法,

亞聲速幹線飛機三維機翼的設計

提高Ma·Kmax值

三維機翼設計應在滿足給定的巡航速度（Ma）和水平飛行升力係數，絕對保證飛行安全和機場要求（現在機場要求飛機翼展不得超過80m）等條件下，獲得儘可能高的升阻比。由於對機翼的氣動力、工藝、強度、氣彈等方面的要求常互相矛盾，機翼的氣動設計只能取對其氣動要求和其他要求之間的折中。為保證飛機達到要求的實際航程和較好的運輸成本指標，機翼的幾何形狀設計應實現儘可能高的Ma·K_max值，圖1所示為空客和俄羅斯的某些飛機的Ma·K_max與Ma的關係曲線，顯示了這一努力方向。此外，要求臨界馬赫數Ma_kp儘可能大；抖振邊界（即在設計馬赫數時C_L抖≥1.3*C_Lkp或設計巡航C_L時Ma_抖≥Ma_kp+0.02）儘可能大。

圖1

機翼氣動力布局（設計）是把選定的翼型以適當的方式組合形成三維機翼，即將選定的翼型以適當的C_max（翼型最大厚度）和ψ（幾何扭轉角）沿展向分布而形成三維機翼，如圖2所示，已有的現代幹線飛機採用的超臨界翼型前緣後掠角χ=30°~35°，展弦比λ=7，根梢比η=3~4。

減小阻力

在對大量計算、模型試驗和飛行試驗結果進行分析後得知，飛機的阻力係數可按各部件阻力係數之後進行計算，根據一架典型的科技在Ma=0.8巡航狀態，C_L=0.48時的阻力分析可知，機翼的型阻、波阻和誘阻構成基本阻力，並約占總阻力的60%，機身阻力約占21%，發動機短艙阻力約占8%，尾面的阻力約占7%，廢阻占3%，廢阻係數取決於表面的工藝不平度以及附加的凸出物。若按阻力由摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力3種類型來區別，則飛機各部件的摩擦阻力將占總阻力的51%左右，壓差阻力約19%，誘導阻力約27%和廢阻占3%。由此可見，減少摩擦阻力是十分重要的。從部件的阻力分配可知減少機翼的阻力是減少整機阻力的重要途徑。

圖2

三維機翼氣動布局的基本要求

三維機翼氣動布局（選擇翼型形狀，確定最大相對厚度和幾何扭轉角）的基本要求為

（1）保證最小的誘導阻力值，氣動載荷沿翼展分布儘量接近橢圓分布。

（2）保證巡航狀態（Ma，C_L）下的最低波阻值。

（3）保證在C_L巡航條件下機翼各截面無分離流，在C_L允許=1.3*C_L巡航條件下（據適航性標準規定）儘可能保持低強度的分離流。

（4）對應於失速和深失速狀態的大迎角條件，保證具有可接受的縱向安定性。

三維機翼的一種氣動設計方法

描述機翼的形狀和參數有：機翼平面形狀和參數；機翼的翼型配置；機翼的彎扭分布和氣動彈性剪裁；增升的前後緣襟翼的設計和配置；必要的非常規氣動設計措施（如渦流發生器）等，因而機翼的完整設計貫穿于飛機為滿足性能要求的全部設計過程中，且需與其他學科進行綜合設計。例如，機翼的展弦比、根梢比、後掠角和機翼面積等平面形狀參數的確定不僅要能實現空氣動力最佳性能，還必須滿足結構重量最小、操穩的平衡、發動機干擾阻力最小等要求，即應由多學科最佳化的綜合總體設計加以確定。