问题

为什么飞机飞到高空后机翼会变更形态?

回答
飞机在高空,尤其是巡航高度,机翼确实会展现出与低空起降时不同的姿态。这并非是机翼本身发生了永久性的结构改变,而是由于飞机在高空飞行时,飞行环境和飞机本身受到的力学作用发生了变化,从而导致机翼以一种优化了空气动力学的形态进行工作。

为什么会有这种“形态变更”的感知?

你所观察到的“形态变更”,主要是由以下几个因素共同作用造成的:

1. 升力需求的变化与副翼(Flaps)/襟翼(Slats)的使用:
起飞和着陆时: 在起飞和着陆阶段,飞机需要产生巨大的升力来克服自身的重力,同时又要保证较低的飞行速度。为了实现这一点,飞行员会放出副翼(Flaps)和襟翼(Slats)。
副翼(Flaps): 它们是安装在机翼后缘内侧的活动翼面。放下副翼时,它们会向下和向后延伸,增加了机翼的面积和后缘的弯度。这个弯度的增加是关键,它会改变气流流经机翼的路径,迫使空气向下偏转更多,根据牛顿第三定律,空气会给机翼一个向上的反作用力,即升力。同时,副翼的延伸也增加了机翼的厚度,进一步增加了升力。
襟翼(Slats): 它们通常安装在机翼前缘。伸出襟翼时,它们会向前延伸并向下倾斜,在机翼前缘形成一个额外的弯度。这有助于在起飞和着陆时,在较大的攻角下(机翼与迎面气流的角度)也能保持气流附着在机翼表面,防止失速(Stall),从而允许飞机以更低的空速进行飞行。
巡航飞行时: 进入巡航高度后,飞机已经达到稳定、高效的飞行状态。此时,飞机不再需要那么大的升力来支持自己(因为空气密度较低,需要更大的速度来产生相同的升力,但整体阻力也相对较低),并且飞行员的目标是最大化燃油效率。为了减小空气阻力,从而节省燃油,副翼和襟翼会完全收起,使机翼恢复到最光滑、最有效率的“干净”形态。所以,你看到的“变更”,实际上是副翼和襟翼从展开状态收回到平滑状态的过程。

2. 机翼的弹性形变(Wing Flex):
受力分析: 即使在巡航高度,机翼依然承受着巨大的升力。升力是从机翼的各个点向上施加的,但大部分升力作用在机翼的外侧部分。当飞机加速或经历气流颠簸时,机翼承受的载荷会发生变化。
形变表现: 现代飞机的机翼设计非常精妙,它们并非是完全刚性的。为了减轻结构重量并更好地应对载荷变化,机翼在设计时就考虑了一定的弹性。因此,在飞行过程中,尤其是承受较大升力时,机翼会发生一定程度的向上弯曲(通常称为“翼展弯曲”或“wing flex”)。
与高空的关联: 这种弹性形变在高空同样存在。虽然在高空空气稀薄,产生相同升力需要更高的速度,但飞行速度通常也更高,而且飞机自身重量依然存在。所以,你可能在高空观察到的是,机翼在高速巡航状态下,因持续受力而产生的轻微向上弯曲。这种弯曲是为了将受力更均匀地分布到机翼结构上,减轻局部应力,提高结构的疲劳寿命。这是一种设计上的适应,而不是故障或异常。

3. 控制面的调整(Ailerons, Elevators, Rudders):
控制作用: 飞机的机翼上有副翼(Ailerons),它们是安装在机翼外侧后缘的活动翼面,通过反向偏转来控制飞机的滚转(左右倾斜)。此外,飞机尾部还有升降舵(Elevators)和方向舵(Rudders)。
高空调整: 在飞行过程中,尤其是在改变高度或航向时,这些控制面会根据飞行员的指令或自动驾驶系统的计算而进行微调。虽然它们本身不改变机翼的整体“形态”,但它们的偏转会改变局部气流,从而影响飞机的姿态。你可能观察到的是,在飞机进行某些机动时,机翼外侧的副翼在进行小幅度的上下偏转,以维持稳定的飞行姿态。

总结来说,你感觉到的飞机高空“机翼变更形态”,最主要的原因是:

副翼和襟翼的回缩: 从起降阶段的展开状态恢复到巡航时最平滑、最有效率的“干净翼”状态,这是一个明显的形态变化。
机翼的弹性形变: 在高速巡航时,机翼因承受升力而产生的轻微向上弯曲,这是其结构设计的内在表现,并非“改变”。

这些变化都是为了让飞机在高空以最安全、最经济的方式飞行。飞行员和自动驾驶系统会根据飞机的速度、高度、载重以及大气条件,实时调整这些翼面和控制面,以优化升力和阻力的关系,实现高效的巡航。所以,当你看到飞机从低空爬升到高空,再到稳定巡航,你会发现它“变”了,但这种“变”是适应环境、追求效率的自然结果。

网友意见

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变形的部分是襟翼,增加机翼面积和机翼升力系数(同时阻力系数也会升高)。让可以亚音速飞行的飞机也拥有低速飞行的能力。

升力和速度,空气密度,机翼面积,升力系数(仅与机翼气动外形有关)呈正相关。

飞机的机翼气动外形是针对巡航飞行极致优化的。既然喷气式客机都亚音速了,能以1000公里每小时贴着音速飞,怎么能以260公里每小时的速度降落呢?

所以机翼就有了襟翼结构,这个东西打开,增加了机翼面积还通过改变机翼气动外形而提高了升力系数,再加以提高飞行攻角进一步提高升力系数。最终实现了以低速飞行依旧不会拍到地上。

襟翼有装在机翼前面的(slat)和装在机翼后面的(flap),而装在机翼后面的就是题主拍到的。

前缘缝翼也有不同种类,但是它们的动作都相对简单。

而题主问的后缘襟翼就复杂一些了。

有的后缘襟翼就简单粗暴地直接向下打。超音速飞机因为机翼为超薄的超音速翼型没有空间摆放复杂的襟翼结构,普遍采用这种简单的方式。

老飞机的襟翼结构也相对简单,效率低,性能也低。受限于那个时代的设计制造能力。

而现代客机的襟翼结构可是复杂太多了,同时也高效了很多。

襟翼分成多段,中间开缝,这不仅不会因为“漏气”而降低机翼升力。反而因为从这个缝漏过去的气可以延迟分离气团的产生,提高了机翼低速性能。

这是波音737的驾驶舱,把手上面写了FLAP字样的就是襟翼控制杆。

襟翼的开闭会极大影响机翼升力,假如襟翼左右开闭不对称,这飞机妥妥的失控滚转,神仙也救不回来,所以左右襟翼的驱动轴在机翼中间交汇,一起被操作。

DC-10的一次事故,美国航空191号航班,一侧发动机脱落错误触发单侧襟翼收回动作。左右升力极不平衡,刚起飞就坠毁了。

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