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飞机外观最突出的部分就是机翼，经常坐飞机的朋友一定会注意到飞机的机翼上有很多特别的设计，虽然每次都能看到，但是不一定了解这些部分的作用和名称。这篇文章就是要给大家解答疑问，在下次乘坐飞机的时候，可以对看到的部件有一定的认知。

 

（注：以下仅对民航客机机翼结构作用和设计原理进行简单科普）

 

为什么机翼不是薄薄的一片？

 

纸飞机用薄薄的一片机翼就能在空中滑翔，那为什么民航客机的机翼不是薄薄的一片呢？第一，纸飞机的机翼不能产生升力，只是保证纸飞机自身向前滑翔，跟滑翔伞的原理类似。第二，飞机的机翼需要为飞机提供升力、控制水平翻转、储油和悬挂发动机等复杂功能。

 

我们日常常见的民航客机，包括一些常见的商务型客机的飞机机翼几乎都是这两种形状设计。飞机的机翼设计成这种形状和厚度主要目的就是为了让机翼在空中飞行的时候，将气流切割成上下两个部分，并且让两个部分产生差异，如下图：

▲升力原理图

 

这个原理主要利用的就是压力差。机翼上下表面形状是不对称的，空气沿机翼上表面运动的距离更长，自然流速更快，根据伯努利定理，速度越快，气压越小，上下表面的压力差就提供了升力。

 

此外，飞机机翼不设计成薄薄的一片还有一个重要的原因就是坚固性。因为飞机的机翼，尤其是民航客机和运输机，要承受非常大的飞行重量，机翼的结构就会很复杂，薄薄的机翼在安全性上无法满足需求。

民航客机为什么多是下单翼？

 

飞机的机翼根据安装的位置，分为安装在机身上部（背部）的上单翼、安装在机身中部的中单翼和安装在机身下部（腹部）的下单翼三种。大型运输机的机翼多为上单翼，客机的机翼多为下单翼。

▲民航客机大多使用下单翼设计

 

▲运输机大多使用上单翼设计

 

下单翼的飞机，由于机翼距离地面很近，所以更加便于安装起落架、进行维护工作。下单翼的飞机发动机距离地面的距离很近，因此更容易吸入异物，造成发动机损坏的问题。但对于民航客机来说，起飞的民用机场条件都非常优秀，因此也就不用担心异物这种问题。

 

但是大型的运输机就不同了，尤其是军用的，一般起飞的条件都比较苛刻，比如战斗前线的机场都是土路，没有高级的跑道。因此采用了上单翼的设计，这样发动机距离较高，也起到了保护的作用。

 

飞机机翼如何承受如此大的重量？

 

飞机的机翼使用了非常先进的材料，然后针对这些材料进行了相关的结构设计和优化。

 

机翼的承重，主要针对的是材料学和结构学。材料的选择很重要，而且需要多种层次的材料，比如机翼的骨架、蒙皮等等都采用了高比强度或者高比模量的材料。目前飞机的机翼的设计趋势是采用复合型材料。在设计初始，设计人员就会将机翼的重量和整个飞机将会承载的最大重量加入设计和计算中，根据整个最大重量来进行整个机翼的设计和优化，这样就可以保证飞机的机翼承受如此大的重量。

 

机翼最末端为什么是竖起的？

 

早期的飞机，机翼的设计就是一个大直板，而现在我们看到的飞机机翼在末端都是竖起来的，这种设计叫做翼梢小翼。

 

飞机的平直机翼，机翼的下表面气流由于高压而会流向上表面，在翼尖产生较大的旋涡，当飞机飞行速度增加，旋涡的强度也会随之增加。这种旋涡的能量很大，但是对于飞机的升力和推力都没有任何帮助，反而会增加飞机的阻力和燃油消耗。

 

▲没有翼梢小翼的机翼末端会产生较大的湍流

 

航空燃油是非常昂贵的，因此人们开始研究解决这个涡流的问题。上世纪70年代末期，NASA在一家KC-135飞机上安装了翼梢小翼进行试验，得到的结果是最大飞行高度增加了3.4%，升力系数增大了4.88%，巡航状态升阻比提高了7.8%，航程增加了7.5%，这充分说明了翼梢小翼的设计是有价值的。

 

▲有无翼梢小翼的涡流对比

 

 

在短程的航线上，翼梢小翼的作用就不够明显了，因为它会给飞机带来额外的重量，这些重量的增加的燃油消耗不能够抵消减少阻力的节油的量。因此在短途的航线客机上，其实可以不加装翼梢小翼。

 

襟翼和前缘缝翼是干什么用的？

 

襟翼和前缘缝翼的作用很简单，就是为了飞机提升升力所用。机翼面积和机翼弯曲角度增加，可以增加机翼上下表面的压力差，从而提升飞机的升力。

 

但是为什么需要在起飞和降落阶段放下放下襟翼来提升升力呢，原因很简单，这样可以改变起飞和降落时飞机需要跑道滑行的长度，一方面节省跑道场地和建造费用，另一方面也是增加飞机起飞和降落的安全性。当然，也有很多飞机没有襟翼设计，或者是起飞阶段不放下襟翼。

▲向下倾斜的就是飞机的襟翼

 

在飞机放下襟翼的时候，机翼的宽度和弯度都会增加，随之而来的就是高速气流可能会在上表面接近机翼后缘部分产生分离，造成不规则涡流的产生，这个涡流会导致升力的下降。这时候，我们就需要前缘缝翼的帮助了。

▲前缘缝翼

 

前缘缝翼的作用就是将机翼下表面的气流引导到上表面，吹散不规则涡流，保证机翼能提供足够的升力。

 

襟翼下方的方块是什么？

 

 

这些方块的学名叫做襟翼滑轨整流罩，它的里面是襟翼传动装置。它里面的机械机构就是用来控制襟翼使用的，襟翼向下弯曲就是靠这个整流罩里面的机械来完成。

 

飞机上这些“倒刺”是什么？

 

▲机翼上的那些“倒刺”

 

飞机的机翼上有很多的“倒刺”设计，这些东西的学名叫做放电刷。放电刷就是利用了尖端放电的原理，让静电集中在这些尖端，然后与空气接触慢慢放电。

 

飞机发动机为什么设计在机翼下方？

 

我们看到目前的主流大型客机，尤其是宽体客机，发动机都挂在机翼下方，而且是很靠近机身的位置上，发动机的噪音距离机舱内的乘客很近。那么，能不能将发动机转移到机尾或者机翼的其它部位上呢？

 

 

其实发动机的这个设计位置，是经过一代一代的改良最终得到的结果。客机的发动机放在距离机身较近的机翼下方，一方面是因为机翼上方的气流不能够被庞大的发动机阻挡而遭到破坏，这样会影响给机翼提供升力，所以发动机不能够放在机翼上方。

 

另一方面，发动机也不能够放在距离机身很远的机翼位置上。因为这样就增加了对机翼结构强度的要求，会增加飞机整体的重量，增加燃耗。同时也会改变机翼的角度，降低发动机稳定性和效率。

 

发动机悬挂在机翼距离机身很近的部分，则可以抵消机翼较长产生的一部分力矩。重量的均匀分布也能够让飞机和发动机的工作更稳定。而且客机的油箱都设计在机翼中，这样发动机输油的效率就会更高。另外，发动机前方没有机翼或者其它物体的遮挡和影响，进气的效率也更高、更稳定，进而提升了发动机工作的效率。