波紋蒙皮

波紋蒙皮是呈波紋狀截面的蒙皮結構。

飛機蒙皮是指包圍在飛機骨架結構外且用粘接劑或鉚釘固定於骨架上，形成飛機氣動力外形的維形構件。飛機蒙皮與骨架所構成的蒙皮結構具有較大承載力及剛度，而自重卻很輕，起到承受和傳遞氣動載荷的作用。蒙皮承受空氣動力作用後將作用力傳遞到相連的機身機翼骨架上，受力複雜，加之蒙皮直接與外界接觸，所以不僅要求蒙皮材料強度高、塑性好，還要求表面光滑，有較高的抗蝕能力。

經試驗表明，當波紋蒙皮上無數的細微凹槽順飛行方向鋪設時，在大幅提高機體表面強度之同時，相對飛行阻力最小。而當凹槽走向與飛行方向相互垂直時，雖然機翼蒙皮可以有效抑制因升力引起的沿翼展方向的機翼上蹺變形，但由此產生的飛行阻力可能令人難以接受。所以，波紋蒙皮無論用在機身上還是用在機翼上，幾乎都採用順氣流鋪設的做法。波紋蒙皮其實有點像鋪房頂用的那種瓦楞板，在某些方向抗變形能力很強，有較好的比強度，所以在當時的好些飛機型號上得到了成功套用。

基本介紹

• 中文名：波紋蒙皮
• 外文名：Corrugated skin
• 常用材料：鋁等
• 概念提出者：胡戈容克斯
• 不利影響：增大阻力
• 鋪設方法：順氣流鋪設

飛機蒙皮

飛機蒙皮是指包圍在飛機骨架結構外且用粘接劑或鉚釘固定於骨架上，形成飛機氣動力外形的維形構件。飛機蒙皮與骨架所構成的蒙皮結構具有較大承載力及剛度，而自重卻很輕，起到承受和傳遞氣動載荷的作用。蒙皮承受空氣動力作用後將作用力傳遞到相連的機身機翼骨架上，受力複雜，加之蒙皮直接與外界接觸，所以不僅要求蒙皮材料強度高、塑性好，還要求表面光滑，有較高的抗蝕能力。

早期低速飛機的蒙皮是布質的，即用紡織品包裹在木質或金屬框架上，並在此基礎上塗覆一層不透水、不透氣的薄膜以滿足飛行的需要。隨著飛機飛行速度、飛行高度及自身重量的增加，金屬蒙皮完全取代了布質蒙皮。常規飛機的蒙皮材料主要採用高強鋁、鎂合金，某些高性能飛機採用鈦合金或複合材料。

現代飛機的蒙皮廣泛使用硬鋁、超硬鋁，有些飛行馬赫數約為2.5的高超聲速飛機使用鈦合金；有些飛行馬赫數約為3的飛機使用不鏽鋼蒙皮。夾層蒙皮由上、下兩塊面板和中間芯材組成，芯材有蜂窩夾芯、泡沫塑膠、波紋板等。複合材料蒙皮(或壁板)由於其特殊的優異性能，被廣泛地用於第四代戰鬥機和近些年來設計的飛機的翼面結構上。

歷史背景

二十世紀二三十年代，在人類航空史上，正處於民航事業起步、創記錄飛行此起彼伏和飛機結構開始趨向單翼布局以及全金屬化的“黃金時代”。於是出現了一種巧合：波紋金屬蒙皮似乎與當時那些時髦的運輸機結下了不解之緣。

當時，美國的汽車大王亨利福特的產業因發明推廣了所謂的“大眾化轎車”而與日中天。但他並不滿足於地上跑的，他還想著天上飛的。因為福特早已預感到剛剛興起的民航業必將導致運輸機的大發展，而且他更看好航空運輸終究會大量替代地面運輸的光輝前景。於是毅然收購了威廉.B.斯托特先生在經營上正陷入困境的“金屬飛行公司”，並以此為基礎，在底特律創辦了完全屬於自己的福特飛機公司。

福特飛機公司的處女作是福特4-AT 型三發動機客機。該機由美國最早的全金屬客機、斯托特的2-AT 單發小客機改裝而來，4-AT 飛機在左右機翼下的懸空吊艙中各增加一台 200 馬力的星形空冷活塞式發動機，並將前部的駕駛艙從半敞開式改為封閉式，使之成為一架很不錯的運輸機。“三發”的成功，在很大程度上得益於它合理的氣動布局和構造，其中重要的一點是採用了當時在運輸機上較為流行的“波紋蒙皮”。

波紋蒙皮的始作俑者，應該是德國人胡戈容克斯，作為一名飛機設計師，他第一個提倡飛機的一體化設計；第一個造出了全金屬飛機；也第一個提出了波紋蒙皮的概念。

當時，飛機的蒙皮剛剛嘗試用薄鋁板來替代傳統的布料，容克斯博士構想用一種呈波紋狀截面的薄鋁板來代替普通的鋁合金平板，旨在進一步增加它的強度。1918 年，第一次世界大戰剛剛結束，在他研製的世界上第一種下單翼布局的全金屬敞蓬式雙座戰鬥機上已經率先採用了這種獨特的蒙皮。1919 年，另一種稱作 J. 9 的試製型單座單翼戰鬥機也作出了同樣的選擇，可惜由於當時發動機功率偏低，作為一架結構相對較重的作戰飛機，還不足以滿足其必要的推力要求，因此未能投產。

經試驗表明，當波紋蒙皮上無數的細微凹槽順飛行方向鋪設時，在大幅提高機體表面強度之同時，相對飛行阻力最小。而當凹槽走向與飛行方向相互垂直時，雖然機翼蒙皮可以有效抑制因升力引起的沿翼展方向的機翼上蹺變形，但由此產生的飛行阻力可能令人難以接受。所以，波紋蒙皮無論用在機身上還是用在機翼上，幾乎都採用順氣流鋪設的做法。波紋蒙皮其實有點象我們鋪房頂用的那種瓦楞板，在某些方向抗變形能力很強，有較好的比強度，所以在當時的好些飛機型號上得到了成功套用。

使用和發展

航空器上的波紋鋁蒙皮給人最初的感覺就是堅固耐用，實際上也的確如此對於一向以嚴謹著稱的德國人，波紋鋁更能讓他們感受到強烈的工業氣息，這一點是和過去木材加帆布製成的飛機截然不同的。容克公司對波紋鋁鐘愛有加，其後來推出的12座三發客機G24 (1923年)、16座三發客機G31(1926年)以及體形巨大的34座四發客機G38(1929年)，都大量使用波紋鋁材料作為機體蒙皮。

20世紀二三十年代，是遠程水上客機盛行的年代德國道尼爾飛機公司(Dornier)於1930年製成了巨型水上客機Do-X，該機裝有12台發動機，冀展47.85米，起飛重量約為52000千克，可運送169名乘客，是當時世界上最大的民航飛機這架“龐然大物”的機冀上表面同樣使用了波紋鋁蒙皮。

1932年，容克建立的德紹(Dessau)工廠還製造出另外一種大量使用波紋鋁蒙皮的經典之作—容克-52，容克-52曾一度是漢莎公司唯一的機種，該公司最多時曾裝備52架。容克一52的總產量為4835架，除了作為客機，還曾作為轟炸機和戰術運輸機廣泛使用容克-52以其堅固的結構、出色的戰場適應性以及無處不在的身影被德國士兵親昵的稱之為“容克大嬸(Auntie Ju)"。容克-52的生產數量超過了任何歐洲運輸機，在二戰之後，一些容克-52仍然繼續在一些國家使用直到今天，我們仍然能夠看到保持飛行狀態的容克-52，這其中就有波紋鋁的功勞。

波紋鋁蒙皮深深影響了世界飛機製造業1925年，福特汽車公司《Ford Motor Co. )購併了一架飛機公司，開始製造民用飛機按照亨利·福特的想法。新飛機應該採用3台發動機以確保全全，為避免積冰，應採用單冀設計，同時套用金屬材料以簡化製造，基於這些構想，福特公司生產出了4-A丁民用運輸機(A丁代表Air Transport,即航空運輸)該機很快被公眾暱稱為“鐵皮鵝”( Tin Goose ) -因為它也採用了波紋金屬蒙皮機身L“鐵皮鵝”是最早的全金屬飛機之一，也是最早的金屬民航機該機的金屬機身截面為矩形.設定數條縱梁，除了機身，上單冀也採用了波紋鋁蒙皮。此後福特公司又陸續推出了改進型7-AT, 9-A丁等三發客機，這些三發客機被統稱為Trimotors，迅速成為美國國內航空業選定的機型到1932年，福特公司製造了200架Trimotors，然而儘管福特公司已經是公認的大規模生產的專家，公司依然沒能從Trimotors的生產中賺取多少利潤。這其中的主要原因是當時全金屬飛機的成型和裝配技術都尚未成熟福特Trimotor的最大貢獻是在於讓人們接受了全金屬飛機的概念，使人們懂得全金屬飛機也能具有良好的安全性就在3年之後.著名的DC-3客機開始投入使用，這種全金屬多發單冀機成為第一種盈利的民航客機。

優點

波紋鋁的魅力究竟何在？除了外觀上給人嚴整精密的感覺外，實際上採用波紋鋁材料蒙皮的飛機都很難擁有一個漂亮的外觀。這是因為波紋鋁蒙皮在沿飛機縱向安裝時，無法形成連續流暢的流線型外表，只能筆直地進行轉折和接縫。這樣的機體外形勢必增加飛行的阻力此外，即便是波紋鋁蒙皮的波紋走向完全平行於飛機縱軸方向，波紋蒙皮也會增加摩擦阻力。導致飛行阻力的增大當然對於早期的民航飛機乃至軍用運輸機，人們追求的更多的是安全性和實用性，對於飛行速度的要求尚在其次，這一點從福特Trimotors上那些未加任何整流罩的碩大發動機上就能看得出來波紋鋁的真正價值，在於能夠提高蒙皮的強度，波紋鋁機身蒙皮可以承載部分結構載荷.大大增強機體結構的堅固性但是波紋鋁蒙皮也帶來一些問題，波紋鋁蒙皮在機身表面的安裝和包覆工作並不簡單，需要較好的技術水平而且波紋鋁的強度和波紋的走向密切相關。一般說來。在沿波紋走向的方向上，波紋鋁具有較好的強度，而在波紋走向的垂直方向上，強度會大大降低。

後來的客機越來越重視增加飛機的航程和速度，對於美國DC-3客機的研製人員，這一點就更為重要，因為該機可能需要將乘客從紐約運送到芝加哥這一要求無法完全通過採用更為高效的發動機來實現，必須設法讓飛機具有更好的流線型實際士最初DC-3的原型方案DC-1曾計畫採用三台發動機，但後來研發人員認為過多的發動機會嚴重增加飛行限力。此外，發動機必須帶有流線型的整流罩，為了減小阻力，波紋鋁蒙皮材料自然不宜使用，好在德國工程師阿道夫·洛爾巴赫已經發明了新的機翼結構方式—在肋骨/縱梁構成的機翼框架上覆蓋拉伸鋁板構成盒式結構。試驗表明這樣的機翼具備良好的強度，外形也比較光滑，阻力教小。DC-3的機翼就成功經受住了重壓的考驗，試驗人員用壓路機成功碾過了機翼。

現在使用情況

今天在飛機蒙皮仍然能夠看到一些波紋材料。美國高空高速偵察機SR -71“黑鳥”的主冀內側蒙皮就是波紋材料。然而，這些波紋材料已經不是單純為了提高強度而設定，它們的功用更像是罐頭和水壺底部那些褶皺。由於“黑鳥”需要高速飛行，因此機體勢必經受極高的溫度，高熱會導致蒙皮膨脹，這可能造成蒙皮撕裂或捲曲。而波紋材料構成的褶皺蒙皮能夠在高熱環境中沿垂直波紋的方向伸展.避免應力造成破壞，同時波紋材料也能增強縱向強度。有趣的是，由於波紋材料會造成飛行阻力的增加，因此有的空氣動力學專家指責“黑鳥”的設計人員是在試圖讓一架80多年前的福特“鐵皮鵝”飛到三馬赫的高速度。

隨著新材料的不斷出現和套用，波紋鋁在飛機蒙皮上已經找不到更多的存身之處.但是我們不應該忘記，正是波紋鋁幫助人類接受了全金屬飛機的概念，歷史的天空中，那些身著“燈芯絨”外套的經典身影，永遠不會消失。