蜂腰式機身

蜂腰式機身（indented fuselage）即指安裝機翼部位的機身截面適當縮小，整體外形類似蜂腰形。蜂腰式機身採用跨音速面積律設計，可以達到降低飛行器跨音速飛行時的零升波阻力的目的。

基本介紹

• 中文名：蜂腰式機身
• 外文名：indented fuselage
• 特點：安裝機翼部位的機身截面適當縮小
• 設計：跨音速面積律設計
• 一級學科：航空科技
• 二級學科：航空器

機身外形

機身的外形和發動機的類型、數目及安裝位置有關。例如活塞發動機螺旋槳式飛機的機身，就與噴氣式發動機飛機的機身有所不同。

從機身外形來看，不外乎側面形狀和剖面形狀兩種。側面形狀一般為拉長的流線體。現代飛機的側面形狀受到駕駛艙的很大影響。有的駕駛艙平滑地露於氣流之中，有的則埋藏在機身之內，前者多用於中小型飛機，後者多用於大型飛機。

現代超音速戰鬥機根據跨音速飛行的阻力特點，首先採用了跨音速面積律，即安裝機翼部位的機身截面適當縮小，形成蜂腰機身；其次它的機頭往往做得很尖，或者在頭部用空速管作為激波桿，遠遠地伸出在迎面氣流之中。這也有助於削弱激波的強度，減小波阻；第三是隨著速度的不斷增長，飛機機身的“長細比”不斷增大，即用細而長的旋轉體作機身。現代超音速飛機機身的長細比已超過10。所謂長細比即是機身長度與機身剖面的最大直徑的比值，這一比值越大，則機身越細越長。而且隨著速度的提高，飛機機身相對於機翼尺寸也越來越大。

跨音速面積律

1952年R.T.惠特科姆通過風洞實驗發現，當飛行馬赫數接近於1時，飛行器的零升波阻力是飛行器橫截面積(與飛行方向垂直的截面積)分布的函式，而且近似地等於具有相同橫截面積分布的旋成體（稱為當量旋成體）的零升波阻力。因此，可根據最小波阻力旋成體的橫截面積分布來調整飛行器的橫截面積，以獲得較小的波阻力。機翼-機身組合體橫截面積 A-A與其當量旋成體的對應橫截面積 B-B相等。

因為光滑（母線無反曲）旋成體的波阻最小，所以為了降低飛行器跨音速飛行時的零升波阻力，可以修改機身橫截面積沿縱軸的分布，例如縮小機翼、尾翼與機身連線區的機身橫截面積和增大機翼、尾翼前後方的機身橫截面積，形成蜂腰形機身，使飛行器當量旋成體的橫截面積分布與最小波阻旋成體的相接近或做到儘量光滑。

美國的YF-102戰鬥機在1954年試飛時由於跨音速波阻力過大而未超過音速，後來採用了跨音速面積律和其他措施，使其改型機YF-102A於同年試飛時順利地超過音速。這是世界上第一架採用跨音速面積律的飛機。

機身受力構件的基本構造

現代飛機的機身結構是由縱向元件（沿機身縱軸方向）——長桁、桁梁和垂直於機身縱軸的橫向元件——隔框以及蒙皮組合而成。機身結構各元件的功用相應地與機翼結構中的長桁、翼肋、蒙皮的功用基本相同。

隔框

作為橫向元件的隔框分為普通框和加強框。普通框主要用於維持機身的截面形狀，承受蒙皮的局部載荷。一般沿機身周邊空氣壓力為對稱分布，此時空氣動力在框上自身平衡，不再傳到機身別的結構去。普通框一般都為環形框。當機身為圓截面時，普通肋的內力為環向拉應力；當機身截面有局部接近平直段時，則普通框內就會產生彎曲內力。此外，普通框還受到因機身彎曲變形引起的分布壓力。普通框還對蒙皮和長桁起支持作用。隔框間距影響長桁的總體穩定性。

加強框除上述作用外，其主要功用是將裝載的質量力和其他部件（如機翼、尾翼等)上的載荷，經連線接頭傳遞到機身結構上將集中力加以分散，然後以剪流的形式將力傳給機身蒙皮。

長桁與桁梁

長桁作為機身結構的縱向構件，在桁條式機身中主要用來承受機身彎曲引起的軸向力。另外長桁對蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受壓、受剪失穩臨界應力；其次它承受部分作用在機身蒙皮上的氣動力並傳給隔框，與機翼的長桁相似。桁梁的作用與長桁相似，只是截面積比長桁大。

蒙皮

機身蒙皮在構造上的功用是構成機身的氣動外形，並保持表面光滑，所以它承受局部空氣動力，在增壓密封座艙部位的蒙皮將承受內壓載荷，蒙皮將其傳遞給機身骨架。

蒙皮在機身總體受載中起著很重要的作用。它承受垂直和水平兩個平面內的剪力和扭矩；同時它和長桁等一起組成壁板承受垂直和水平兩個平面內彎矩引起的軸力。