在机翼构造形式的发展过程中,最主要的变化是维形构件和受力构件的逐渐合并。因此,根据其构造形式的发展,我们可以将机翼分为构架式、梁式、单块式以及整体壁板式。
构架式机翼:构架式机翼主要应用于飞机发展的初期,其结构特点是:受力件与维形件完全分工并分段承受鼓荷。构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支柱等组成的空间骨架系统,它承受所有的弯矩、剪力和扭矩;其蒙皮是用亚麻布制成,只起维形作用,不参与受力。早期飞机大多数采用这种形式的机翼。
梁式机翼:随着飞机速度的增大,出现了蒙皮参加受力的梁式机翼。其特点是有强有力的翼梁和硬质蒙皮,常用金属铆接结构。梁式机翼为现今飞机所广泛采用,其大部分弯矩由翼梁承受,梁腹板承受剪力,蒙皮和腹板组成的盒段承受扭矩,蒙皮也参与翼梁缘条的承弯作用。梁式机翼的不足之处是蒙皮较薄,桁条较少,因此,其机翼蒙皮的承弯作用不大。根据翼梁的数量不同,我们还可以进一步将梁式机翼分为单梁式、双梁式和多梁式机翼。(梁式机翼的典型结构请见机翼的构造)
单块式机翼:随着飞行速度的进一步增大,为保持机翼有足够的局部刚度和扭转刚度,需要加厚蒙皮并增多桁条。这样,由厚蒙皮和桁条组成的壁板已经能够承受大部分弯矩,因而梁的凸缘就可以减弱,直至变为纵樯,于是就发展成为了没有翼梁的单块式机翼。单块式机翼的维形构件和受力构件已经完全合并。
整体壁板式机翼:单块式机翼的壁板是铆接的,其零件数量较多,而且表面质量较差,高速飞行时阻力较大。因此,又发展出了由若干块整体壁板组合而成的整体壁板式机翼。整体壁板式机翼的结构强度根据各部分的实际受力情况而设计,同时减少了连接的铆钉孔和螺栓孔,因此其重量减少,而强度、刚度及抗疲劳度都增加。
机翼的外形五花八门、多种多样,有平直的,有三角的,有后掠的,也有前掠的等等。然而,不论采用什么样的形状,设计者都必须使飞机具有良好的气动外形,并且使结构重量尽可能的轻。所谓良好的气动外形,是指升力大、阻力小、稳定操纵性好。以下是用来衡量机翼气动外形的主要几何参数:
翼展:翼展是指机翼左右翼尖之间的长度,一般用l表示。
翼弦:翼弦是指机翼沿机身方向的弦长。除了矩形机翼外,机翼不同地方的翼弦是不一样的,有翼根弦长b0、翼尖弦长b1。一般常用的弦长参数为平均几何弦长bav,其计算方法为:bav=(b0+b1)/2。
展弦比:翼展l和平均几何弦长bav的比值叫做展弦比,用λ表示,其计算公式可表示为:λ=l/ bav。同时,展弦比也可以表示为翼展的平方于机翼面积的比值。展弦比越大,机翼的升力系数越大,但阻力也增大,因此,高速飞机一般采用小展弦比的机翼。
后掠角:后掠角是指机翼与机身轴线的垂线之间的夹角。后掠角又包括前缘后掠角(机翼前缘与机身轴线的垂线之间的夹角,一般用χ0表示)、后缘后掠角(机翼后缘与机身轴线的垂线之间的夹角,一般用χ1表示)及1/4弦线后掠角(机翼1 /4弦线与机身轴线的垂线之间的夹角,一般用χ0.25表示)。如果飞机的机翼向前掠,则后掠角就为负值,变成了前掠角。
根梢比:根梢比是翼根弦长b0与翼尖弦长b1的比值,一般用η表示,η=b0/b1。
相对厚度:相对厚度是机翼翼型的最大厚度与翼弦b的比值。
除此之外,机翼在安装时还可能带有上反角或者下反角。