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为啥飞机有“高低肩膀”之分？

2019-07-01 18:35

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

如果你留意过飞机的造型，可能会注意到有的飞机机翼位置比较高，在机身上方，这叫“上单翼”，而有的飞机机翼位置比较低，在机身下方，叫“下单翼”：

为什么会有这样的差别呢，这两种情况各有什么利弊呢？

其实这些都和飞机的用途和使用环境有关系。首先，对于小型飞机来说，这两种布局的区别并不大，要勉强挑出些异同的话，那就是上单翼飞机相对于下单翼飞机在平飞时具有较好的视野：

平飞时，上单翼的机翼不会阻挡飞行员视野

但在做转向时，机身侧倾，这一区别就会逆转，上单翼飞机的机翼会遮挡视线，下单翼的视野反而更开阔：

盘旋时寻找机场，下单翼更有优势

此外，因为飞机的机翼中有油箱，下单翼飞机的供油系统比上单翼飞机稍微复杂一些，因为上单翼飞机可以利用重力供油。

以上的区别是针对小型飞机，对于大型客机、运输机来说，采用上下单翼的理由就没有那么简单了。

对运输机特别是军用运输机来说，为了便于装卸货物，机身要贴近地面，如果把机翼放在机身下面就显得碍事（毕竟机翼上还挂着发动机），所以多采用上单翼，比如著名的C-5银河运输机：

C-5银河运输机

正在装卸坦克的C-5

运输机在使用时还要考虑使用环境的问题，比如在战场附近临时建立的机场通常不具备民航机场那样的起降环境，不仅机场附近容易有树林、建筑，跑道上也可能有很多碎石等杂物，这时把机翼“挑在肩膀上”，让机翼和发动机离地面远一点就变得很有意义，而且机翼离地面高，也为飞机换装更大的发动机提供了可能。

此外，由于机翼在机身上部，可以使得运输机的机舱更平坦和通透，便于安排大型货物和配重，下单翼的飞机机翼翼盒要穿过机舱，不适合装载大型货物。

而对于中大型客机来说，像我们常见的波音737和空客A320系列飞机，一般都采用下单翼布局。中大型客机通常在大型机场起降，跑道质量优良，不用担心在起降时有异物进入发动机，采用下单翼使得飞机的发动机更靠近地面，便于地勤人员维护，降低维护成本——像空客A320，地勤人员维护发动机甚至不用梯子，这一点“高肩膀”的军用运输机就比不了了：

空客A320与军用运输机在维护时的区别

此外，在出现紧急情况的时候，在机身下部的机翼还可以作为乘客逃生避难的平台，比如我们介绍过的“哈德逊河奇迹”，乘客就是逃出舱门后站在机翼上等待救援：

哈德逊河迫降真实画面

拓展阅读

一、飞机机翼分类简表

机翼功能：产生升力，降低阻力，参与操控，储油，发动机安装面等。

按俯视平面形状分

的单翼

平直翼

自上世纪30年代成为主流样式。无明显后掠角（小于20度），平面形状呈矩形、梯形或半椭圆形。结构简单，制造容易，升力效率较高，阻力也较大。常用在亚音速飞机上。

后掠翼

1948年始用。机翼向后斜。抑制激波产生及不利影响，改善速度特性。

三角翼

上世纪60年代始用。半翼俯视平面形状为三角形，前缘后掠，后缘基本平直，重量轻，刚度好，结构简单。超声速飞行时气动阻力小。

可变后掠翼

1964年研制成功。机翼加装旋转轴，高速飞行时后掠，降低阻力；起飞、着陆、巡航时使用平直翼状态，增加升力。但增加自重，上世纪80年代后已不用。

前掠翼

1944年始研，发展出预生产型，因技术问题停止；1984年验证机X29成功试飞。现尚无实用型前掠翼飞机。良好跨音速特性。

飞翼

上世纪80年代始用。机身与机翼融为一体。载重量大，外形简单。操纵与控制问题较突出。

斜翼

研制中。原理与变后掠翼相似。左右半翼连成一体，可绕枢轴转动。起飞、着陆和低速飞行时，相当于平直机翼。高速飞行时，机翼转动，一侧前掠，另一侧后掠，呈非对称态。

搭接翼

研制中。也称联翼、盒式翼、菱形翼等。翼面在俯视或垂直平面连接成闭合状。仍视为单翼。提高升力与稳定性。

变形翼

研制中。在飞行中重新构型，通过改变机翼外形（如后掠、弯度等），改变翼展和机翼面积。提高升力效率。

按承弯结构元件分

梁式

由纵向（沿翼展）骨架（翼梁、纵樯和桁条等）、横向（垂直于翼展）骨架（普通和加强翼肋）和蒙皮（骨架外维形构件）组成。梁强，少长桁，薄蒙皮。结构与连接简单。

单块式

由厚蒙皮和桁条组成上下壁板，机翼前后缘可装前缘襟翼、后缘襟翼和副翼等。单块式机翼在前后梁间中央部分形成翼盒，故也称盒形梁。梁弱，多长桁，厚蒙皮。安全可靠性高。

多墙式

由蒙皮、纵墙等组成。梁弱，多纵墙，厚蒙皮。较高应力水平和结构效率，刚度大，受力分散，连接复杂。

按机翼数目和位置分

单翼

上单翼

置于机身顶部的机翼。有利于飞行稳定性，适于恶劣环境。多用于军用运输机。

下单翼

置于机身下部的机翼。有利于乘客舒适性与发动机维修。多用于大型民用客机。

中单翼

置于机身中部的机翼。折衷上、下单翼特点。现代单翼机中无明显的中单翼，多采用翼身融合技术。

双翼

上下双翼——指俯视方向形状大体相同、且上下对应的双翼。早期飞机为追求升力，均采用此类机翼。上世纪30年代后，随技术进步，无需大机翼面积就能产生足够升力，且双翼机带来附加结构及阻力，除少数速度低的农用机外，现已很少使用。串列翼——指垂直方向有位置差、俯视形状可以一致也可以不一致的双翼，可一上一下或一前一后，构成串列翼。串列翼的前后机翼均产生升力。前下后上的串列翼可以避开下洗气流影响，避免机翼交互作用；前上后下的串列翼可以用前机翼的下洗气流加强后机翼的升力。

三翼

增加翼面积，获更高升力，但付出代价大，结构复杂，除表演机外几无实用机型。三翼以上多翼机型，罕见，亦为表演等特殊用途。

二、几种非独立使用机翼

以下几种机翼不独立使用，但应用广泛，作用独特而重要。

边条机翼——上世纪50年代始用。有机身边条和机翼边条两种。机身边条位于机身左右两侧，宽度相等；机翼边条位于机翼机身结合处，为近似三角形的小翼面。可减少阻力，改善操纵性。用于高机动性战机。

翼梢小翼——上世纪80年代始用。指在常规机翼端部连续上翘或下弯，形成的近似垂直于翼面的延伸部分。可减少诱导阻力，增加升力，提高失速迎角。被广泛应用，特别是在大型客机上。

鸭翼——始研于上世纪60年代，世纪末实用化。鸭翼是指放置在主翼前的水平稳定面，也是一种飞行器配置的称呼。其优点是可使主翼上方产生涡流，能提高失速攻角。但较容易造成不稳定。

三、异形与非对称机翼

航空器发展进程中出现过多种迥异于经典单翼、双翼的异形机翼与非对称机翼，而在未来还会出现新样式机翼。但无论形状如何变化，产生升力是其主要功能，同时兼负其它使命。

异形翼——如碟翼（圆盘式）、环形翼、扑翼、滚翼、X形翼等。

非对称机翼——上表中所列的斜翼是非对称机翼。此外Z形翼、单边翼也是非对称机翼（但前者是关于轴线中点的点对称机翼）。

四、部分典型机翼组图

为便于大家理解不同机翼，我挑选了部分典型机翼，制作成几张机翼组图。

五、我国部分机型机翼组图

我挑选了我国部分军民机机型，将其机翼类型作标注，组成机翼组图。

那么今天的内容就和大家来聊一聊飞机的机翼。

机翼如何产生升力？

众所周知，机翼的主要功能就是产生升力，让飞机飞起来，那么它为什么能产生升力呢？这还得从飞机机翼具有独特的剖面说起。

我们把机翼横截面的形状称为翼型，翼型上下表面形状是不对称的，顶部弯曲，而底部相对较平。当飞机发动机推动飞机向前运动时，机翼在空气中穿过将气流分隔开来。一部分空气从机翼上方流过，另一部分从下方流过。

日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。

■机翼升力原理图

空气的流动与水流其实有较大的相似性。由于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，因而流速较快。而流过机翼下表面的气流正好相反，流速较上表面的气流慢。根据流体力学中的伯努利原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高。换句话说，就是大气施加于机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力。

机翼有多坚固？

机翼除了提供升力之外，还必须得承重。飞机在天上飞的时候，整个机身的重量几乎都是由机翼给“托”着的。飞机在地面上的时候，机翼还得悬臂“举”着重重的发动机，像A380、747这样的巨无霸飞机，单片机翼还得悬臂“举”起两个发动机，要知道A380的单台发动机自重就达8吨。因此，机翼必须得足够坚固。

■机翼的结构

目前主流的民航客机的机翼结构采用的是双梁单块式，前后有两根梁，之间又有很多的翼肋，这样梁和肋就组成了机翼的内部骨架结构，外侧是蒙皮和壁板设计。在设计开始阶段，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到设计和计算中，根据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能够承受住如此大的重量。