翼面

翼面，通常稱為翼面結構。機翼、尾翼結構及其構件的組成是完全一致的，故通稱為翼面結構，因翼面結構屬薄壁型結構型式，構造上主要分蒙皮和骨架結構。骨架結構中，縱向構件有翼梁、長桁、牆(腹板)；橫向構件有翼肋(普通肋和加強肋)。

目前，可用於翼面結構中的智慧型材料主要有磁致流變流體、磁致伸縮材料、壓電材料、電致流變流體、光導纖維以及形狀記憶合金。

基本介紹

• 中文名：翼面
• 外文名：airfoil

組成

從構造上看，機翼、尾翼結構及其構件的組成是完全一致的。故通稱為翼面結構。因翼面結構屬薄壁型結構型式，構造上主要分蒙皮和骨架結構。骨架結構中，縱向構件有翼梁、長桁、牆(腹板)；橫向構件有翼肋(普通肋和加強肋)。

蒙皮

蒙皮的直接功用是形成流線形的機翼外表面。為了使機翼的阻力儘量小，蒙皮應力求光滑．減小它在飛行中的凹、凸變形。從受力看，氣動載荷直接作用在蒙皮上，因此蒙皮受有垂直於其表面的局部氣動載荷。此外蒙皮還參與機翼的總體受力——它和翼梁或翼牆的腹板組合在一起．形成封閉的盒式薄壁結構承受機翼的扭矩；當蒙皮較厚時．它與長桁一起組成壁板．承受機翼彎矩引起的軸力。壁板有組合式或整體式。某些結構型式(如多腹板式機翼)的蒙皮很厚，可從幾毫米到十幾毫米，常做成整體壁板型式，此時蒙皮將成為最主要的，甚至是唯一的承受彎矩的受力元件。

長桁

長桁(也稱桁條)是與蒙皮和翼肋相連的構件。長桁上作用有氣動載荷。在現代機翼中它一般都參與機翼的總體受力——承受機翼彎矩引起的部分軸向力，是縱向骨架中的重要受力構件之一。除上述承力作用外。長桁和翼肋一起對蒙皮起一定的支持作用。

翼肋

普通翼肋構造上的功用是維持機翼剖面所需的形狀。一般它與蒙皮、長桁相連，機翼受氣動載荷時，它以自身平面內的剛度向蒙皮、長桁提供垂直方向的支持。同時翼肋又沿周邊支持在蒙皮和梁(或牆)的腹板上．在翼肋受載時，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面內的支承剪流。

加強翼肋雖也有上述作用，但其主要是用於承受並傳遞自身平面內的較大的集中載荷或由於結構不連續(如大開口處)引起的附載入荷。

翼梁

翼粱由梁的腹板和緣條(或稱凸緣)組成。翼梁是單純的受力件．主要承受剪力Q和彎矩M。在有的結構型式中，它是機翼主要的縱向受力件，承受機翼的全部或大部分彎矩。翼梁大多在根部與機身固接。

縱牆

縱牆(包括腹板)的緣條比梁緣條弱得多．一般與長桁相近，縱牆與機身的連線為鉸接。腹板即沒有緣條。牆和腹板一般都不能承受彎矩．但與蒙皮組成封閉盒段以承受機翼的扭矩。後牆則還有封閉機翼內部容積的作用。

機翼的特點是薄壁結構，因此以上各構件之間的連線大多採用分散連線．如鉚鉬+連線、螺栓連線、點焊、膠接或它們的混合型式一一如膠鉚等。連線縫間的作用力可視為分布剪流型式。

除以上構成機翼結構的基本構件外，還有機翼一機身連線接頭．它是重要受力件。接頭的型式視機翼結構的受力型式而定。連線接頭至少要保證機翼靜定地固定於機身上，即能提供六個自由度的約束。實際上一般該連線是靜不定的。

結構設計

機翼結構

機翼為氣動升力面，為太空梭軌道器提供升力和控制力，由前翼盒、中段機翼(包括主起落架艙)、抗扭盒、前部翼梁、機翼/升降副翼對接段、升降副翼密封板、升降副翼和翼套組成。機翼為多肋一翼梁/桁條加強蒙皮或蜂窩結構鋁合金殼體結構。機身段機翼長約18．28 m，最大厚度1．52 m。機翼與機身下表面沿中央翼盒用抗剪螺栓連線，與機身上表面用抗拉螺栓連線。

機翼最前部的翼盒是主機翼的延伸，翼盒為鋁合金肋、鋁合金管及支桿結構，覆有桁條加強的蒙皮。101、099和102號軌道器的前梁為鋁合金蜂窩結構，103為鋁合金波紋結構。翼盒的前段設計成可以安裝能重複使用的防熱瓦，後段的平面安裝增強碳一碳翼前緣。

中段機翼為鋁合金多肋一管系/蜂窩蒙皮結構。中段機翼連線主起落架及起落架艙門。起落架艙門的外側鉸鏈和拉桿連線在中段機翼的翼肋上．內側耳軸和拉桿連線在中機身上。起落架艙門為普通的多肋/翼梁結構。

抗扭盒部段為構架式多肋結構，用來與機翼展方向加強蒙皮的桁條相適應。為了將熱載降至最低，4根主梁採用波紋鋁合金結構。但103號以後的軌道飛行器的1249、1307翼梁、1191翼梁外段均改用石墨/環氧樹脂結構。前梁為鋁合金蜂窩結構，是碳一碳翼前緣組件的連線面，後梁則為升降副翼、鉸接式上密封板的液壓/電氣系統組件提供連線面。

機翼尾部連線兩塊升降副翼．副翼為鋁合金多肋、梁/蜂窩蒙皮結構，兩塊副翼各由3個鉸鏈連線。飛行控制系統液壓作動器連線在升降副翼前端。全部鉸鏈力矩作用在這些點上，升降副翼可向上轉動40°，向下轉動25°。

機翼/升降副翼對接段上表面由鉸接板組成，它為機翼和升降副翼間的孔腔提供蓋板。Y_W=312．5截面外側的鉸接板為因康鎳蜂窩夾心結構，Y_W=312．5截面內側的鉸接板為鈦合金蜂窩夾心結構。此處未覆蓋防熱瓦，因為所選用材料能適應上表面高溫。

體襟翼結構設計

體襟翼為鋁合金結構，由翼肋、翼梁、蒙皮和翼後緣組成，上、下蜂窩蒙皮用緊固件與翼肋、腹板及蜂窩結構翼後緣相接，並與上方前蜂窩結構蒙皮組成完整的體襟翼結構。體襟翼長2．2 m、寬6．42 m、最大厚度0．46 m。再入時體襟翼為3台主發動機提供熱禁止，再入後為軌道器大氣飛行提供俯仰微調控制。

體襟翼有4個整體加工的鋁合金肋，它們通過自動對位軸承與後機身對接。每根肋上有2個軸承，通過軸承與位於後機身的4個旋轉作動器相連。除4個機加的作動器連線肋外，還有8個維形翼肋和2個封閉式肋，這些肋均由鋁合金蜂窩夾芯和化銑鋁合金腹板組成。後緣蜂窩夾芯內穿有2條潮氣排出管和1條液體泄出管，以滿足水平和法向的液體及潮氣泄出要求。

體襟翼上蒙皮、翼梁端頭和整個下蒙皮採用機械連線方式連線在翼肋上。上方前蒙皮由5塊可移動的壁板組成，它們是用快速緊固裝置與肋相連線的。

體襟翼外表面覆蓋可重複使用的熱防護層，其前方下底面鉸接一個壓力和熱密封件。體襟翼連線到後機身後，用熱防護組件對開口區進行防熱充填。

垂直尾翼結構設計

垂直尾翼有一個圓錐形密封件，內部設有4個旋轉作動器。除了圓錐形密封件外，38．4 m²的尾翼表面全部由熱防護組件覆蓋，而圓錐密封件則是部分位置裸露，其餘部分覆蓋熱防護組件。

垂直尾翼可承受發射時163 dB的噪聲環境，鋁合金結構最高可承受176．67°C的熱環境、因康鎳結構最高承受643．89℃的熱環境。兩塊方向舵的舵面及其後緣均有隔熱密封件，垂直尾翼覆有可重複使用的熱防護層，在垂直安定面和後機身的安裝界面部位也設有熱防護層。

布置形式

平面形或一字形

平面形布置是從飛機的翼面布置移植而來的，與其他多翼面布置相比，這種，布置具有翼面少、質量小、阻力小、升阻比大的特點。航向機動要靠傾斜才能產生，因此，其航向機動能力低、回響慢，通常用於遠距離飛航式飛彈和機載布撒器等。

平面形布局飛行器的側向機動要採取傾斜轉彎技術(BTT)。它利用控制面來旋轉彈體，使平面翼轉到要求機動的方向。這樣既充分利用了平面形布局升阻比大的優點，又滿足了飛彈在任何方向都具有相同機動過載的要求。

+字形與×字形

這兩種翼面布置的特點是各方向都能產生所需要的機動過載，並且在任何方向產生法向力時都具有快速的回響特性，從而簡化了控制系統的設計。但是，由於翼面多，且與平面形布局相比質量大、阻力大、升阻比低，以致為了達到相同的速度特性，必須多損耗一部分能量，同時，在大攻角下會引起較大的誘導滾動干擾。

環形翼

鴨舵控制有很多優點，但其對後面的翼面產生反滾力矩是其缺點之一，特別是在鴨舵起副翼作用而進行滾動控制時，反滾現象更為嚴重。研究表明，環形翼具有降低反滾力矩的效果。但環形翼會使制導兵器的縱向性能變差，尤其會使阻力增大。實驗數據表明，在超聲速時，環形翼的阻力要比通常彈翼增加6%～20%。

T形——改進環形翼

由T字形翼片組成的改進環形翼既能降低鴨舵帶來的反滾力矩，又具有比環形翼大的升阻比。此外，這種改進環形翼不僅結構簡單，而且使鴨舵能進行俯仰、偏航、滾動三方向控制。

設計要求

翼面變形要求是由飛行器任務的性質決定的。目前，隨著科學技術的進步，對飛行器使用提出了更高的要求，如要求飛行器能夠實現亞聲速、跨聲速、超聲速飛行，降低飛行時油耗，增加飛行時間和距離，執行任務時提高飛行器的機動特性，提高突防能力。飛行器在高空低速飛行時，大彎度、大前緣半徑、大厚度翼面可以提供較大升力係數，同時增大翼展、改變翼後掠角，有助於降低發動機油耗，提高飛行效率；在低空飛行或快速機動時，小彎度、小前緣半徑、小厚度翼面可以降低氣動阻力，此時，縮短翼展、改變翼後掠角，可以減少彈翼展弦比，增加飛行器機動性能。另外，亞聲速翼型一般選擇帶有彎度的圓頭翼型，跨聲速翼型一般選擇帶有小圓頭的薄翼，超聲速翼型一般選擇六邊形、四邊形及扁豆形，要求前、後緣必須為尖頭。因此，翼面結構設計的目標料具有常規的承載能力，同時能夠隨著不同條件下的飛行需要，適當地改變翼面結構形式。