[科普中國]-懸臂翼

懸臂結(jié)構(gòu)

懸臂是剛性的結(jié)構(gòu)元件，例如梁或板，僅在其一端錨固到（通常是垂直的）支撐件的一端，該支撐件突出，這也可以是垂直連接到平坦的垂直表面，例如墻壁。 懸臂也可以用桁架或板材構(gòu)造。 當受到結(jié)構(gòu)負載時，懸臂將負載承載到支撐件上，在該位置承受力矩和剪切應力。

懸臂結(jié)構(gòu)允許懸掛結(jié)構(gòu)沒有外部支撐，與在兩端支撐的結(jié)構(gòu)相比，施加在支撐之間的載荷，例如在柱和楣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的簡單支撐梁。2

橋梁、塔、建筑中的懸臂結(jié)構(gòu)懸臂在建筑中廣泛使用，特別是在懸臂橋和陽臺中。在懸臂式橋梁中，懸臂通常建成成對，每個懸臂用于支撐中心部分的一端。蘇格蘭第四橋是懸臂桁架橋的一個例子。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的懸臂被稱為碼頭。在美國南部，歷史悠久的谷倉類型是建筑物的懸臂谷倉。

臨時懸臂通常用于施工。部分構(gòu)造的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生懸臂，但是完成的結(jié)構(gòu)不作為懸臂。當建立臨時支持或者腳手架（例如，在繁忙的道路或河流，或者是深谷）時，不能使用它來支持結(jié)構(gòu)，這是非常有幫助的。因此，一些桁架拱橋從每側(cè)建成懸臂，直到跨越到達彼此，然后將其分開，以在最終加入之前壓縮它們。幾乎所有的斜拉橋都是使用懸臂式建造的，因為這是其主要優(yōu)點之一。許多箱梁橋梁是分段建造的，也可以是短片。這種類型的結(jié)構(gòu)適用于平衡的懸臂結(jié)構(gòu)，其中橋從單個支撐件沿兩個方向構(gòu)建。

這些結(jié)構(gòu)高度基于扭矩和旋轉(zhuǎn)平衡。

在建筑應用中，弗蘭克·勞埃德·賴特的落水使用懸臂來投射大陽臺。在利茲的埃蘭路體育場的東站在完成后，是世界上最大的懸臂架，擁有17,000名觀眾。在舊特拉福德足球場的建筑物上建造的屋頂使用懸臂，以免任何支撐物將阻擋該場的意見。舊的，現(xiàn)在拆除的邁阿密體育場在觀眾區(qū)域有類似的屋頂。歐洲最大的懸臂式屋頂位于Newcastle-Upon-Tyne的圣詹姆斯公園，紐卡斯爾聯(lián)合國家體育場。

懸臂的不太明顯的例子是沒有家用電線的獨立式（垂直）無線電塔，煙囪抵抗在其基地的懸臂式作用下被風吹過。3

飛機中的懸臂結(jié)構(gòu)（懸臂翼）懸臂的另一個用途是固定翼飛機設(shè)計，于1915年由雨果·杰克斯（Hugo Junkers）率先提出。早期的飛機機翼通常使用兩根（或更多）翼，通過支撐著電線和支柱的雙翼平面配置。他們類似于桁架橋梁，由橋梁工程師Octave Chanute開發(fā)。機翼用交叉的電線支撐，以便它們保持平行，以及從前到后以抵抗扭轉(zhuǎn)，在相鄰支柱錨固件之間對角運行。電纜和支柱產(chǎn)生相當大的阻力，并且有不斷的實驗來消除它們。

同時也希望建造一架單翼飛機，因為一個機翼周圍的氣流在雙翼飛機的機身設(shè)計中對另一個機翼造成負面影響。早期的單機使用支柱（如現(xiàn)在的一些輕型飛機），還是電纜，如1909 Bleriot XI（和現(xiàn)代家用飛機一樣）。使用支柱或電纜的優(yōu)點是減輕給定強度的重量，但是會帶來額外的阻力。這降低了最大速度，并增加了燃油消耗。

雨果杰克斯努力消除幾乎所有主要的外部支撐部分，僅在十六年后，萊特兄弟的最初的航班，減少飛機上的機身阻力，結(jié)果是Junkers J 1開創(chuàng)全金屬單翼飛機，從1915年底開始設(shè)計從全金屬懸臂翼板開始。 Fokker V.1的最初成功大約一年后，F(xiàn)okker的Reinhold Platz也取得了成功，采用懸臂翼式的sesquiplane，而不是用木制的材料Fokker V.1。4

最常見的機翼設(shè)計是懸臂。稱為主翼梁的單個大梁，穿過機翼，通常在總弦的約25%處通?？拷熬墶Ｔ陲w行中，機翼產(chǎn)生升降機，翼翼設(shè)計成將該載荷通過機身運載到另一翼。為了防止前后運動，機翼通常將配備有更靠近后緣的第二個較小的拖曳梁，用結(jié)構(gòu)元件或應力皮膚綁在主翼梁上。機翼還必須抵抗扭轉(zhuǎn)力，通過形成前緣的單體“D”型管結(jié)構(gòu)，或通過上述連接兩種翼梁以某種形式的箱梁或格子梁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

懸臂翼需要比纜索式設(shè)計中所需要的重的翼梁。然而，隨著飛機的尺寸增加，附加的重量減輕。最終在20世紀20年代越過了一條線，設(shè)計越來越多地轉(zhuǎn)向懸臂設(shè)計。到20世紀40年代，幾乎所有較大的飛機都使用懸臂，即使在較小的表面上，如水平穩(wěn)定器，1939-41年的Messerschmitt Bf 109E是前線服役的最后一次二戰(zhàn)戰(zhàn)機之一，為其穩(wěn)定器提供支撐支柱。5