飞机的机体

第一节　飞机的机体

虽然飞机的结构与外部形状千差万别，但其主要部件的组成却大体一致。飞机的基本部分可以分为机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置和仪表设备等几大部分，如图3-1所示，通常把机身、机翼、尾翼、起落架这几个构成飞机外部形状的部分合称为机体。

图3-1　飞机各部分示意图

1．机翼

机翼是飞机的重要组成部分，机翼除了提供升力外，还作为油箱和起落架舱的安放位置。机翼的翼尖两点的距离称为翼展。机翼的剖面称为翼型，翼型要符合飞机的飞行速度范围并产生足够升力。

机翼分为四个部分：翼根、前缘、后缘、翼尖。

翼根是机翼和机身的结合部分，是机翼受力最大的部位，也是结构强度最强的部位。根据机翼在机身上安装的部位和形式，可以把飞机分为以下几种：

下单翼飞机（安装在机身下方）、中单翼飞机（安装在机身中部）、上单翼飞机（安装在机身上部）。目前的民航运输机大部分为下单翼飞机，这是因为下单翼飞机的机翼离地面近。起落架可以做短些，两个主起落架之间距离较宽，增加了降落的稳定性。起落架很容易从翼下的起落架舱收放，从而减轻了重量。此外发动机和机翼离地面较近，做维修工作方便。翼梁在飞机下部，机舱空间不受影响。上单翼飞机的布局，干扰阻力小，有很好的向下视野，机身离地面近，便于货物的装运，发动机可以安装得离地面较高，免受地面飞机的沙石损害，因而大部分军事运输机和使用螺旋桨动力装置的运输飞机都采用这种布局。

机翼装在机身上的角度，称为安装角，是机翼与水平线所成的角度。一般下单翼的飞机都具有一定的上反角，而上单翼飞机通常有一定的下反角，如图3-2所示。

图3-2　飞机的上、下反角

机翼的前缘和后缘加装了很多改善或控制飞机气动力性能的装置，这些装置包括副翼、襟翼、缝翼。其作用都是在飞机起飞着陆中用来增加升力的。链接在翼面上的扰流板，当其向上打开时，机翼阻力迅速增加，升力降低，速度减小，当一个侧翼打开时，飞机就会向打开的一方倾侧，与副翼作用相同。

机翼的结构如图3-3所示，由翼梁和椼条作为纵向骨架，翼肋为横向骨架，整个骨架外面蒙上蒙皮构成了机翼，翼梁承担着机翼上主要的作用力，椼条嵌在翼肋上以支持蒙皮，翼肋则保持着机翼的翼型，并支持着蒙皮承受空气动力。机翼根部和机身的接头承受着巨大的应力，因而都要经过特别加固。

图3-3　机翼结构的基本组成

机翼内部的空间，除了安装机翼表面上的各种附加翼面的操纵装置外，它的主要部分是用来存储燃油的油箱，大型喷气客机机翼上的燃油载量占全机燃油的20%～25%。不少飞机起落架舱安置在机翼中，有的飞机发动机装在机翼上，但大多数客机的发动机吊装在机翼下。

2．机身

机身是飞机的主体部分，它把机翼、尾翼、起落架和发动机等部件连接在一起，形成一架完整的飞机。现代民航机的绝大部分的机身是筒状的，机头装置着驾驶舱用来控制飞机，中部是客舱或货舱用来装载旅客、货物、燃油和设备，后部和尾翼相连。驾驶舱中装置各种仪表和操纵装置对飞机进行控制，它要求有开阔的视野，因此驾驶舱都装在机身最前方。驾驶舱后面是机舱，客舱中乘坐旅客。要考虑旅客的舒适和安全，除装有座椅外，还要有通风保暖设备、安全救生设备。在6 000米以上的高空飞行，由于气压降低，要采用人工增加内部气压的增压舱，机身的截面多采用圆形或由圆弧构成的其他形状，以均匀承担这种压力差。客舱的下部是装载旅客行李和货物的货舱，客舱内布置走道、厨房、厕所等旅客生活需要的空间，根据旅客数量设置相应数量的舱门、窗口和其他检修、供货的进出口。货机的货舱设置简单，主要以装货方便为原则，大中型货机的货舱内装有滑轨、绞盘或起重装置，也有客货型的飞机，机身的前部为客舱，后部为货舱。还有客货转换型机舱，机舱内的隔板和座椅可快速拆装，在几个小时内把客机改装为货机，或把货机改装成客机。

机身的外形是一个两头小、中间大的流线体。头部向下收缩以扩大驾驶员视野，尾部向上收缩，以防止着陆时尾部擦地，机身中部是等截面的筒状，机身的受力主要是机翼和尾翼上传来的垂直集中载荷和尾翼上传来的侧向载荷，使机身扭转。现代飞机机身的构造大多是由纵向金属的椼梁、椼条和横向的隔框组成骨架，外面覆盖金属蒙皮再和骨架铆接成一个整体，蒙皮也承担一部分力，这种结构称为半硬壳式结构。

3．尾翼

尾翼包括飞机的水平尾翼和垂直尾翼。

水平尾翼由水平安定面和升降舵组成，水平安定面是固定的，而升降舵可以上、下转动。水平安定面的作用是保持飞机飞行纵向的稳定，升降舵的上下运动则可以控制飞机向上抬头或向下低头。

垂直尾翼由固定的垂直安定面和活动的方向舵组成，方向舵可以左、右转动，控制飞行的航向和方向。

在飞机的主要操纵面副翼升降舵和方向舵上都装有较小的铰接翼面，它的主要作用是调整制造误差，控制主操纵面上的力矩，从而减少驾驶员的操纵力矩，称作调整片。

4．起落架

起落架是装置在机身下部，用以在地面上支撑飞机并保证飞机在起飞（着陆）、滑跑和在地面上移动时起到运动功能的作用。它除了承受着飞机停放时的重力和运动时的动载荷外，还承受着陆时很大的冲击载荷，它影响着飞机起降时的性能和安全。现代飞机的起落架一般包括起落架舱、制动装置、减震装置、收放装置。

早期和目前的通用航空小型飞机由于速度小，为了减轻重量采用固定的不收起的起落架，不设起落架舱。现代航线飞机为了减少空气阻力都采用可收放式起落架，起落架在飞行时收入在机身或机翼的起落架舱内，以减小飞机阻力。

起落架的配置分为前三点式和后三点式。前三点式指主起落架装在重心之后，前起落架装在机头下方，后三点式则是主起落架装在重心之前，尾部装尾轮或后起落架。

早期通用航空用的小型活塞式飞机多用后三点式，它的优点是构造简单，发动机安装、维护方便，在起、降时迎角较大，从而增大升力，缩短滑跑距离。起落架的构成形式有多种，通用航空用的小型飞机多为不可收放的构架式起落架，机轮通过构架和机身或机翼固定连接，构造简单，但空气阻力很大。

现代大中型运输机采用前三点式，由于飞机起飞重量大，普遍采用支柱式多轮起落架，轮子数量多少要取决于飞机的最大载重量和机场跑道的性能。图3-4中是某飞机的主起落架，由4个机轮构成一个轮式小车，车架和减震支柱连在一起，支柱旁有斜支柱和扭力撑杆，斜支柱承受水平方向的力，扭力撑杆抵抗轮车的扭转使减震器主要承受垂直方向的力。减震支柱上端的收放作动筒可把起落架收起或放下，轮架和支柱采用铰接，使几个轮子上下左右可以相对运动，后部的轮架也可以绕支柱转动，以保证小车有最大的接地面积和较小的转弯半径。

图3-4　多柱式起落架

重量越大的飞机机轮越多，对跑道要求低的飞机相应地要增加机轮的数量。如目前最大的民航客机波音747的主起落架共有16个机轮。

起落架的收放，通常都通过液压作动筒实现，有些轻型飞机采用气压或电动收放。起落架上有收起和放下的锁定装置。起落架收起时触动限位开关，使驾驶舱的起落架收放指示灯亮，同时还附有音响指示。为确保安全，起落架还设置了应急收放系统，在紧急情况下，起落架可不依靠飞机的动力（靠重力、空气动力或机内存储的气压）放下。在起落架收起和放下后，起落架舱门都应关闭，以减少空气阻力和防止异物进入舱内。

起落架的减震功能由轮胎和减震器实现，轮胎按所充气压分为高压轮胎（6～10kgf/cm²）、中压轮胎（3～6kgf/cm²）和低压轮胎（2～3kgf/cm²）。低压轮胎减震效果最好，对跑道要求低，可吸收震动能量的30%以上，但体积大，一般用于支线飞机和适于低标准机场飞行的飞机。现代大型飞机都使用高压轮胎。

飞机的地面制动装置是刹车，刹车盘装在主起落架机轮的轮毂内，刹车盘由一组随机轮转动的刹车片和一组固定在轮轴上的固定刹车片组成，动片和定片一一对应，两者之间有一定间隙。在制动时通过液压或冷气转动使定片压在转动片上，迫使机轮停止转动。现代大型飞机的刹车为使机轮不被抱死，使用了防抱死机构，以避免严重磨损轮胎。