飞机增升装置原理及特点

汪兵兵

摘要：飞机飞行过程中，其升力的产生非常复杂。本文主要介绍了飞机的增升原理，飞机升力的产生影响因素以及各种因素之间的关系。并着重介绍了飞机实际飞行过程中常用的前缘装置与后缘装置的种类以及特点。

关键词：增升装置；前缘装置；后缘装置；襟翼

1、增升原理

飞机在实际飞行过程中会受到空气阻力、飞机重力、推力、升力等各种力的作用，若使飞机能够离地面有一定的高度，其飞机产生的升力必须阻力与重力之和。飞机的升力产生主要由机翼所产生，机翼实际形状类似于流线型（图1）。一般是上表面比较凸，下表面比较平缓，导致流过机翼上表面的空气流速比流过机翼下表面的空气流速快，根据伯努利方程（公式1-1）可知，下表面静压大于上表面的静压，由此产生飞机的升力。

飞机在实际飞行过程中升力的产生影响因素比较多，但根据实验与理论总结其主要因素有升力系数、飞机迎角、大气密度、飞行速度与机翼面积，其关系表达式如1-2所示。

飞机在正常飞行时，根据公式1-2可知，影响飞机升力的主要因素有升力系数、机翼面积与动压。为了使飞机能够获得大的升力，通常改变机翼面积、升力系数、迎角等参數[1]，提高飞机的升力。

2、前缘装置

飞机机翼结构比较复杂，为了提升飞机的升力，一般会在飞机的前缘与后缘增加增升装置。对于前缘部分主要有前缘襟翼、克鲁格襟翼和前缘缝翼三种形式[2]：

2.1前缘襟翼

飞机在飞行过程中，当飞机以大攻角飞行时，会在机翼的前端产生气流的分离，并会在气流的分离表面产生旋涡并形成很大的附面层，所以会影响飞机的飞行特性。当前缘襟翼下放下时，气流将会沿着前缘襟翼通过机翼上表面吹除旋涡与附面层（图3a），从而减少能量的损失，同时增大机翼的弯曲面积，提升升力。

2.2前缘缝翼

前缘缝翼是机翼前缘上很小的一部分翼面，当飞机的迎角增大时，会在飞机机翼前缘部分开出一道缝，气流从缝急速流出，顺着机翼上表面吹除机翼上的旋涡与附面层（图3b）。

2.3克鲁格襟翼

安装在飞机机翼前缘部分的克鲁格襟翼在其结构内部具有一个液压作动筒（3c），当作动筒运动时会将机翼前缘部分向前下方翻转一定角度，使飞机的机翼面积增大，同时会使飞机的升力提高。

3、后缘装置

飞机飞行过程中，机翼前缘可以直接感受气流的方向，所以结构比较简单。但是，飞机机翼后缘机构对于飞机升力影响也非常重要。常用的后缘装置结构主要有以下几种：

3.1简单襟翼

简单襟翼是通过改变飞机机翼的弯度来提升飞机的升力，结构与飞机的副翼或扰流板的结构类似。未放下时是机翼的一部分，当放下时向下倾斜（图4a），减缓机翼下方的气流，增大机翼上端的气流速度，从而增加了升力，其可将飞机的升力系数增加65%～75%，但是飞机所受到的阻力也同时增大。

3.2分列式襟翼

分裂式襟翼与简单襟翼的结构具有很大的相同之处，其结构是贴合在机翼后缘部分下端，在襟翼放下时，襟翼旋转一定角度与机翼后端分开（图4b）。由于分裂式襟翼的向下偏转，增大了机翼的弯度，提升飞机的升力，分裂式襟翼的结构可使飞机的升力系数增大75%～85%。但是由于机翼后缘部分的分开，使飞机机翼后缘端开合处形成低压区，产生涡流，所以会使飞机的临升迎角有所降低。

3.3开缝式襟翼

开缝式襟翼的结构与简单襟翼的结构非常类似，它是在飞机机翼与后缘部分形成一个缝隙（图4c）。当气流在机翼上表面出形成涡流或者附面层时，下部气流通过后缘襟翼上的缝隙流到襟翼上部，将涡流与附面层吹除，延缓了气流的分离，达到增加升力的作用，同时可将升力系数增加85%～95%。

3.4后退式襟翼

后退式襟翼也是机翼的一部分，当襟翼工作时襟翼沿着滑轨向后滑（图4d），增加了机翼的弯度与机翼的面积，起到增升作用，一般情况下可增大升力系数85%～95%。但同时大迎角状态下会导致在飞机机翼上表面产生涡流。

3.5后退开缝式襟翼

后退开缝式襟翼是在后退襟翼基础上改进而来同时也叫做“富勒”襟翼（图4e），在襟翼与机翼之间形成一定的缝隙，减缓气流在机翼上表面的分离。这种襟翼工作时会增加机翼的弯度与面积，具有很大的升力，升力的产生也会产生很大的阻力。所以飞机在实际起飞与降落过程中，会采用不同的后退量与偏转角度。当在起飞时，采用小的偏转量与后退量，减少阻力的产生。当飞机在降落时，采用大的偏转量与后退量，得到很大的阻力。这种结构的襟翼常在大、中型喷气式飞机上广泛使用。

4、结束语

不同种类的飞机会采用不同结构的前缘装置与后缘装置来提升飞机的升力，不同种类的前缘装置与后缘装置具有各自的特点。但并不是单一的某一种前缘装置或者某一种后缘装置来提升飞机的升力，通常会采用前缘装置与后缘装置相互配合的方式来提升飞机的升力。例如：通常克鲁格襟翼与后掠翼上的前缘缝翼配合使用。

参考文献：

[1]李成智.飞机百年发展与空气动力学[J].力学与实践，2003，12，15.

[2]谢剑，黄帅.民用飞机缝翼操纵系统性能设计[J].机械设计与制造工程，2013，02（42）.

（作者单位：昌吉学院 航空学院）