[科普中國]-聯(lián)結翼布局

簡介

所謂聯(lián)結翼布局飛機可以被定義為飛機上反后掠的機翼和下反前掠的平尾連接在一起所形成的一前一后的機翼布局形式，這種布局使得飛機的俯視圖和主視圖的外形都形成菱形，如圖1所示。

上世紀30年代，曾出現過聯(lián)結翼布局的滑翔機，但由于當時在結構和氣動性能上的研究還不完善，未能體現出其優(yōu)越性。

隨著近代航空技術和復合材料的發(fā)展以及計算機水平的飛躍，聯(lián)結翼布局研究又進入了新的階段。正如聯(lián)結翼概念的提出人Wolkovitch所述：聯(lián)結翼正是計算機發(fā)展的產物，計算機能幫助人們設計出正確的結構。由于聯(lián)結翼是一種新的飛機布局形式，它在結構、氣動、操縱控制方面有許多新的特點。2

結構分析受力特性分析以圖2所示的聯(lián)結翼布局為例，由前翼梁和后翼梁組成空間構架ACBD。作用在前翼和后翼上的升力可分解為垂直于ADB平面的力L0和平行于ADB平面的力Li，如圖3所示。此時梁的高度就不再是機翼剖面的厚度而是上前緣和下后緣之間的距離。L0由前翼梁AD和后翼梁BD受彎來承受，Li由前翼梁AD受拉和后翼梁BD受壓來承受。由于前翼梁AD和后翼梁BD所受的彎矩轉了一個方向，聯(lián)結翼梁盒段的結構高度比懸臂梁盒段結構高度高得多，圖3形象比較了聯(lián)結翼梁盒段和懸臂梁盒段結構高度的差異，因此聯(lián)結翼的梁盒段比正常式布局的懸臂梁盒段的結構材料利用的效率更高，從而使得聯(lián)結翼梁盒段重量明顯比正常式布局的懸臂梁盒段輕。

另一方面，由于聯(lián)結翼的前翼和后翼相互連接在一起，從受力角度來看，前翼和后翼可簡化為雙支點梁，從而可使前翼梁盒段根部所受到的彎矩大大降低，如圖4所示。

使用有限元方法對聯(lián)結翼飛機進行結構分析表明，在相同的機翼參考面積、升力面相對厚度、根梢比、后掠角及結構材料的條件下，合理選擇聯(lián)結翼的幾何參數并對機翼結構進行優(yōu)化，使機翼盒段占據翼型弦線的5%~75%之間或更大一些時，聯(lián)結翼飛機的重量只是傳統(tǒng)飛機(機翼加平尾)重量的65%~78%。2

起落裝置的布局聯(lián)結翼飛機因其獨特的機翼布局，導致其起落裝置與常規(guī)飛機略有不同。常規(guī)飛機因為機翼靠近機身中段，并且一般位于機身的中間或下方，所以主起落裝置會盡量安裝于機翼根部。聯(lián)結翼飛機由于后翼靠近機身后段并且位于機身上方，所以其主起落裝置一般呈外“八”字安裝于機身上，如圖5所示。2

聯(lián)結翼的氣動特性升力特性對于聯(lián)結翼布局飛機，由于前翼、后翼縱向錯開并有垂直間隙，因此具有近耦雙翼布局的氣動特點，同時，后翼具有前掠翼的性質，其翼根前緣附近在迎角α