高升降装置的演化是航空工程中最有影响的故事之一。 自从二战初期的军事应用以来,高升降装置已经从简单的连锁板转变为复杂的多元素系统,使飞机能够在承载重负时安全起飞和降落在较短的跑道上。 本文追溯了从战争年代到今天的飞线系统的历史发展,并展望了能够重新确定效率的翼的形态。

二战期间的飞溅技术

二战的紧急业务需求迫使飞机设计有了快速创新,由于需要在粗糙的简易机场上缩短起飞和着陆距离,因此采用了基本的襟翼型,从而可以增加机翼凸轮,在某些情况下,增加机翼面积。

平面和分片的襟翼

最简单的高升装置平面襟翼基本上是后缘边缘的支点部分,可以向下旋转。平面襟翼虽然在凸轮增高方面有效,但会产生显著的拖曳作用,在高偏转角度上容易发生流分离。平面襟翼[]——只有翼面下部偏移,而上部表面则保持不变——升力增强,投射瞬间变化较小,这两种类型在战斗机和轰炸机上都得到了广泛使用,例如超海喷火和波音BQQ17飞行要塞。尽管有其局限性,这些襟翼翼仍然使工程师在升力和拖力之间做出了基本的权衡,从而继续塑造现代设计。

福勒之舞:战时的突破

战争接近尾声时,出现了一个更有效率的概念:Fowler flap. 与平面或分裂的襟翼不同,一个Fowler flap不仅向下旋转,而且还在轨道上翻译后向,增加了机翼凸轮和机翼区域,这种双重行动在拖力相对适度增加的情况下提供了巨大的升降动力. 福勒的襟翼首先在美国P ⁇ 51野马和德国Heinkel He 219上使用,使这些飞机的起飞和着陆性能明显改善. 这一创新为多翼翼架设定了舞台,成为了飞机客机的标准.

战后推进:从活塞机到喷气机动力

1945年后向喷气式飞机的过渡带来了更高的机翼装载和更高的接近速度。 为了保持安全低速操作,工程师需要襟翼,可以产生更大的升力系数,而不会突然引发悬浮。

分层襟翼和前置设备

引入 插槽式襟翼是一个关键步骤。由于机翼后缘和襟翼前缘之间留下了缺口(槽),机翼下方的高压空气被加热,并被引导到襟翼上表面。这种重新增强的边界层延迟了分离,允许更高的偏转角,产生比平面襟翼大2至3倍的升降系数。同时,[ 引力式襟翼[和 斜翼 , 是为了改进机翼下方的机身特性。Krueger flap-a面板连接在机翼下方的机翼下方-波音707等早期喷气机上常见。

这些战后的发展使得飞机能够从长度不高的跑道上运行,在密集的城市环境中开放了机场。 从美国航天局兰利研究中心等设施系统风洞测试中获得的空气动力学理解至关重要。 美国航天局的空气动力学研究[今天继续为高升降系统设计提供信息。

用于较大翼的多额襟

随着飞机在20世纪60年代和70年代的体积越来越大,单倍翼被双倍翼和三倍翼的配置所取代。 双倍翼采用两个相继的插槽,每个插槽重新激发气流,使襟翼能够进一步转动而不延缓。波音747上著名的三倍翼可以实现升降系数超过3.0。 这些多倍翼系统是重型机械复杂的,但它们通过巨大的升降收益来支付自身费用,这些收益使得世界上最大的航空公司只能从10 000英尺的跑道上运行。

现代飞溅系统:精度和集成

如今的商用飞机采用了高度集成的襟翼系统,这些系统完全由数字飞行计算机控制。 手动电缆和牵引机时代已经让位于飞行器的振动,而整个飞行信封中都安排了最优化的襟翼部署。

飞行和减轻负载

现代襟翼控制是综合飞行控制系统的一部分. 在空中客车A380或波音787上,襟翼操纵杆向电子同步的起动器发出指令. 如果出现不对称,飞行控制计算机会自动纠正它或拒绝扩展. 此外,襟翼可以积极用于gust载荷缓解[. 在扰动期间,不对称或部分襟翼部署可以减少结构弯曲瞬间,延长机体寿命. 这种整合水平在1940年代是不可思议的.

波音的787 Dreamliner,例如使用简单的单点“槽式”襟翼设计,依靠先进的空气动力学和精确控制来实现性能目标 — — 与早期模型的三点“槽式”襟翼不同。 这一选择降低了重量、维护以及巡航过程中的拖动,说明了现代优化有时会如何倾向于简单化而不是最大升力。

材料和制造

复合材料也改变了襟翼构造,在襟翼由铝或钢制成的地方,碳纤维复合材料现在占主导地位,这些材料提供了高强度---------重量比率,可以模制成高效多元素设计所需的复杂曲线形状,在前缘斜拉片和后缘斜拉片中使用玻璃-----------]强化塑料[减少了部分计数和腐蚀风险,结果是更轻、更耐用的系统有助于节省燃料。

未来:适应和粉碎的火焰

研究下一代襟翼的核心是消除今天的离散的机械激发面板,以有利于适应性结构[,这种结构可以不断改变其形状。 目标是接近一个无缝翼的理想,即改变凸轮、扭矩和跨度,以适应飞行条件,就像鸟的翅膀。

粉碎翼的概念

包括美国航天局的适应性碰撞边缘(ACTE)和欧洲SARISTU项目在内的一些方案都表现出了灵活的后缘襟翼,这些襟翼使用智能材料(如形状的 ⁇ 模合金或派佐电动器)来产生光滑轮廓。 这些变形襟翼可以减少航行时的拖曳,同时仍然提供高升降机。 在飞行测试中,ACTEL翼与常规的轴翼相比,实现了12%的燃料消耗。

智能材料和激活

形状合金在加热时可以改变形状,提供轻量级固体态替代液压或电动机。同样,电动聚合物[可以使无任何机械连接的软片能够弯曲,这种“固态”软片虽然尚未准备好用于商业服务,但它们为2030年代及其后的超高效机体提供了前景。德国航空航天中心正在积极探索这些可能性。

所涉环境和经济问题

未来襟翼技术将受到航空业减少二氧化碳排放的承诺的驱动。 即使全球机队的空气动力效率提高了1%,每年也节省了数百万公吨的燃料。 适应性襟翼与边界-高压吸收和其他新概念相结合,可以帮助实现航空业到2050年实现碳中性增长的目标。 温和的襟翼在战时实用性中诞生,但有可能成为可持续航空的基石。

结论

从二战战斗机的简单分翼到三翼喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气式喷气管技术一直推动着飞机所能够达到的极限。 每一代喷气式喷气式喷气式喷气管都改善了升力、拖力、重量和控制性—从而更安全、更有效率的飞行。 随着智能材料和适应性结构研究的成熟,喷气式喷气式喷气式喷气式喷气管式喷气式喷气管的下一章成为了最具变革性的喷气式喷气式喷气式喷气管式喷气式喷气管式喷