1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年近代人類在航空器上驚人的發(fā)展，起源于一百多年前萊 特兄弟完成的人類首次動(dòng)力飛行。人類歷史上首先問世的飛 機(jī)是架全木制、橋梁衍架式雙機(jī)翼，談不上有機(jī)身的簡陋結(jié) 構(gòu)，隨著兩次世界大戰(zhàn)的軍事需求，以及 20世紀(jì)30年代開 始萌芽的民航事業(yè)的強(qiáng)烈需求下，今日的飛機(jī)已逐步演進(jìn)成 全金屬、單懸臂式機(jī)翼、龐大機(jī)身的精密結(jié)構(gòu)，與百年前天 差地別。上世紀(jì)末由于隱身的需求，復(fù)合材料成為飛機(jī)結(jié)構(gòu) 材料的新寵，只是雖然有助于飛機(jī)性能的提升，但對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)的本質(zhì)卻影響甚微。前言1903年12月17日，在美國北卡羅來納州東北部的小鷹鎮(zhèn)(Kitty Hawk, NorthCarolina),一架裝著螺旋槳，比

2、空氣重的航空器“飛行者” (Flyer)飛離地面，在人為操縱下飛行了 36.5米，完好無損 地降落在不比起飛位置低的地面上，完成人類歷史上首次的 動(dòng)力飛行。操控這次簡短但深具歷史意義飛行的是32歲的奧維爾萊特(OrvilleWright)。他和年長 4歲的哥哥威爾伯萊特( Wilbur Wright)以擲銅板的方式?jīng)Q定由奧維爾來飛，而威爾伯則在 一旁觀看。在俄亥俄州德頓市( Dayton,Ohio）以制造自行車為業(yè)的萊特兄弟，又輪流操縱了三次時(shí) 間更久、距離更遠(yuǎn)的飛行，威爾伯在最后一次飛行中持續(xù)了 59秒，距離259.7米。在接下來的第五次飛行中，飛機(jī)遭遇 到強(qiáng)勁的陣風(fēng)而向前翻覆，由于損傷嚴(yán)重

3、再也無法飛行，但 全新的航空時(shí)代就在當(dāng)天正式開始。首飛前萊特兄弟正在練習(xí)“飛行者”的操縱技術(shù)奧維爾萊特（左）和威爾伯萊特（右）“飛行者”的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)來自之前萊特兄弟的一系列滑翔 機(jī)，其中萊特兄弟的忘年好友沙努特（ OctaveChanute）貢獻(xiàn)最大。沙努特比萊特兄弟年長35歲，在43歲時(shí)才對(duì)航空發(fā)生興趣，此后的余生就埋首于航空信息中， 因此他對(duì)全世界的航空器發(fā)展了如指掌。沙努特是個(gè)優(yōu)秀的 土木工程師，他舍棄了當(dāng)時(shí)試飛成功的鳥或蝙蝠的翅膀造 型，在1896年以橋梁的衍架（truss）設(shè)計(jì)方式，成功制造由 雙翼滑翔機(jī)。萊特兄弟選擇沙努特的衍架式雙翼（biplane）構(gòu)型，除了強(qiáng)度高之外，也因?yàn)殚_力

4、面最大，而且通過拉繩 改變雙翼對(duì)角拉線張力卷起翼尖，能適度控制飛機(jī)，這是萊 特兄弟飛機(jī)和當(dāng)時(shí)其它飛機(jī)最大的不同，其它飛機(jī)雖然也能 飛行，但只有“飛行者”可以操控。奧克塔夫沙努特沙努特的衍架式雙翼滑翔機(jī)飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年（上）：“飛行者”結(jié)構(gòu)“飛行者”結(jié)構(gòu)“飛行者”的結(jié)構(gòu)很簡單：兩片外型完全相同的上下機(jī) 翼由垂直支撐柱和對(duì)角線拉力鋼線連接，翼展12.31米，弦長1.98米，萊特兄弟根據(jù)在自行車店里自制的風(fēng)洞，確定了翼剖面形狀和展弦比。機(jī)翼前后梁和垂直支撐柱是杉木制連 續(xù)梁，上下機(jī)翼的前梁、垂直支撐柱、對(duì)角線拉力鋼線三者 構(gòu)成了衍架結(jié)構(gòu)，飛行員俯臥在下機(jī)翼的中央偏左位置。萊 特兄弟設(shè)計(jì)制造了四缸水冷式

5、，81.6千克重、12馬力的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝在下機(jī)翼正中央，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由鏈條和齒輪傳 送到兩副反向旋轉(zhuǎn)、 直徑2.44米、安裝在機(jī)翼后方的推進(jìn)式 螺旋槳上，使“飛行者”能以每小時(shí) 55.56公里的速度巡航。 螺旋槳樞軸位于上下翼間，由獨(dú)立鋼管焊接而成的衍架固定 在兩翼的后梁上。螺旋槳葉的材料為杉木夾板，由萊特兄弟 以手工自行彎制，外型也是根據(jù)洞測(cè)試結(jié)果而確定。1903年“飛行者”號(hào)三面圖“飛行者”的機(jī)翼很薄，每片機(jī)翼上大約有 40根松木 翼肋，都由蒸氣加熱整形以配合翼剖面的形狀，并和前后梁搭接。翼肋前緣是一個(gè)平面，用釘子和膠水與前梁的后表面 搭接，翼肋后緣則以輪胎線(tirecord)與后梁捆

6、扎，機(jī)翼外表面用粗棉布包覆，再用釘?shù)靥?的扁頭釘把布固定在翼肋上。粗棉布不但承受飛行負(fù)載，也 承受結(jié)構(gòu)的阻力和慣性力?！帮w行者”號(hào)的翼肋和機(jī)翼下表面蒙布“飛行者”的機(jī)頭有兩片小鴨翼來控制升降，機(jī)尾有個(gè) 方向舵，配合機(jī)翼翼尖后緣向上或向下的扭轉(zhuǎn)，可控制飛機(jī) 的偏航和滾轉(zhuǎn)。威爾伯觀察到大型飛鳥遇到陣風(fēng)干擾飛行時(shí) 會(huì)稍微扭轉(zhuǎn)翼尖來重新獲得橫向穩(wěn)定性，萊特兄弟的“飛行 者”就是利用了這種技巧?！帮w行者”號(hào)依靠上翼翼尖的扭轉(zhuǎn)進(jìn)行偏航和滾轉(zhuǎn)控制在“飛行者”飛行成功后，萊特兄弟回到家中開始進(jìn)行一系列的改進(jìn)，以改善性能、操控和穩(wěn)定性。1904年制造由的“飛行者二號(hào)”外觀大小和“飛行者”大致相同，但換裝 了 1

7、5馬力的新發(fā)動(dòng)機(jī)。萊特兄弟以這架飛機(jī)進(jìn)行了大約80次的短時(shí)間飛行，練習(xí)動(dòng)力飛行的控制及飛行動(dòng)作?！帮w行者三號(hào)”現(xiàn)代復(fù)刻機(jī)1905年制造由來的“飛行者三號(hào)”時(shí)速64.82公里，是 第一架真正的全動(dòng)力飛機(jī)，其基本外型和前兩架相同，也沿 用“飛行者二號(hào)”的發(fā)動(dòng)機(jī)，但機(jī)身較長控制面也較大。和 前兩架不同的是這是一架可完全操控的飛機(jī)，很容易側(cè)傾、 轉(zhuǎn)彎、或做8字型的飛行動(dòng)作。1911年萊特兄弟制造的軍用“飛行者” B飛機(jī)把升降舵移到后機(jī)身，以較鏈?zhǔn)礁币砣〈?扭轉(zhuǎn)機(jī)翼，并增加輪子供飛機(jī)起降，飛行員和一名乘客可以 坐在機(jī)翼的前端，不用俯臥了。軍用“飛行者” B已經(jīng)很完善了當(dāng)時(shí)在美國和歐洲已經(jīng)有許多人成功制造

8、由飛行器，雖 然外型千奇百怪，但雙機(jī)翼構(gòu)型被公認(rèn)為世界設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，杉 木成為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)材料，杉木夾板螺旋槳也隨處可見。優(yōu)質(zhì)的 杉木在早期供應(yīng)充足，加工和修理都很容易，單位重量強(qiáng)度 比鋁好，因此沒人考慮用鋁。大家都以粗棉布覆蓋在飛機(jī)外 表，由于當(dāng)時(shí)飛機(jī)的速度很慢，粗棉布承受氣動(dòng)力負(fù)載的情 況良好，即使破裂也很容易修理。飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年(上)：萊特兄弟之后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)萊特兄弟之后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)1903年之后10年內(nèi)由現(xiàn)的飛機(jī)大多模仿萊特兄弟的 “飛 行者”，衍架式雙機(jī)翼和前置式升降舵，飛行員、發(fā)動(dòng)機(jī)、 油料、載荷全部物品都裝下翼的開放空間上。法國這時(shí) 由現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，有單機(jī)翼(monoplane)設(shè)計(jì)

9、的趨 勢(shì)，由路易,布萊里奧(LouisBleriot)和雷蒙索尼耶(Raymond Saulnier)設(shè)計(jì)的布萊里 奧十一型(Bleriot ModelXI)就是其中一個(gè)著名的例子。這架飛機(jī)首飛于1909年1月，最高速度每小時(shí)87.04公里，安裝一具25馬力、3汽缸、 氣冷式星型發(fā)動(dòng)機(jī)，衍架式木質(zhì)機(jī)身的左右兩側(cè)局部覆蓋著 粗棉布。路易布萊里奧(左)和雷蒙索尼耶(右)布萊里奧十一型現(xiàn)代復(fù)刻機(jī)這架飛機(jī)和“飛行者”有相同的薄機(jī)翼設(shè)計(jì)，機(jī)翼外表 面覆蓋粗棉布，上下翼面彎曲弧度很大，機(jī)翼前后梁的上下 緣都被削薄，使翼肋的上下緣條能跨于翼梁上。由于翼梁強(qiáng) 度不足以支撐飛行和降落時(shí)的負(fù)載，故需要外露式拉力鋼

10、線 輔助。飛行時(shí)升力使翼梁向上彎，上半部拉線不受力，下半 部的拉線受張力；降落時(shí)機(jī)翼的慣性力使機(jī)翼向下彎，上半 部拉線受張力，下半部拉線不受力。拉線受力時(shí)，垂直于翼 梁的分力會(huì)承擔(dān)翼梁上的部分剪力負(fù)載，這和雙翼機(jī)的垂直 支柱作用一樣，不過拉線上的張力有個(gè)沿著翼梁指向機(jī)身方 向的分量，會(huì)對(duì)翼梁產(chǎn)生壓迫的作用，當(dāng)時(shí)頗受大家的關(guān)注。因?yàn)槟绢^并不耐壓，機(jī)翼兩端被向內(nèi)壓擠下可能會(huì)使機(jī)翼屈曲(buckling )破壞。布萊里奧十一型三面圖，機(jī)翼由外露式拉力鋼線輔助支撐 “布萊里奧十一型”原本有著樞軸副翼( pivotingailerons)，但飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性并不好。1908年8月在法國的勒芒(LeMan

11、s)附近的賽馬場(chǎng)，布萊里奧目睹威爾伯駕駛“飛行者A型”在一次促銷展示飛行中，重復(fù)表演了令人激賞的操控側(cè) 彎，留下深刻印象，于是把“飛行者”的機(jī)翼扭轉(zhuǎn)方式用在 了他的飛機(jī)上，才使“布萊里奧十一型”有了真正的橫向控 制能力。由于布萊里奧對(duì)飛機(jī)操控性深具信心，因此在1909年6月25日一個(gè)大雨的早上，完成了人類首次動(dòng)力飛行飛 越英吉利海峽的壯舉?！安既R里奧十一型”后來進(jìn)入批生產(chǎn)， 到第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)已生產(chǎn)多架，成為世界知名飛機(jī)之 O布萊里奧的樞軸副翼，升降舵也采用這種形式當(dāng)布萊里奧在英吉利海峽對(duì)岸的多佛降落的時(shí)候，第一個(gè)迎 接他的是當(dāng)?shù)匾幻焱瑫r(shí)期法國還由現(xiàn)了多種外型類似的單翼機(jī)，德國在191

12、5年也有外形差不多的?？薊-III單翼機(jī)(FokkerE-m),在大戰(zhàn)末期還發(fā)展由更先進(jìn)的內(nèi)置拉線單翼機(jī)。英國因?yàn)榭紤]強(qiáng)度和耐用性，對(duì)單翼構(gòu)型并不熱衷，所以整個(gè)第 一次世界大戰(zhàn)期間，英國只在1917年由現(xiàn)一種單翼機(jī)一一布里斯托 M.1C (BristolM.1C)。?？薊-m單翼機(jī)布里斯托M.1C現(xiàn)代復(fù)刻機(jī)飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年(上)：一戰(zhàn)期間飛機(jī)結(jié)構(gòu) 一戰(zhàn)期間飛機(jī)結(jié)構(gòu)第一次世界大戰(zhàn)期間最重要的兩大結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是懸臂式 機(jī)翼(cantilever wing )和硬殼式機(jī)身( monocoque fuselage)。不需要任何拉力鋼線的機(jī)翼被稱為懸臂式機(jī)翼， 其基本架構(gòu)仍是翼梁與翼肋，但單憑主翼梁的強(qiáng)度就足

13、以支 撐機(jī)翼的飛行負(fù)載。第一次世界大戰(zhàn)時(shí)第一架實(shí)際生產(chǎn)的懸 臂式機(jī)翼戰(zhàn)斗機(jī)，是當(dāng)時(shí)由荷蘭飛機(jī)設(shè)計(jì)師?？? Anthony Fokker)為德國空軍所制造的時(shí)速213公里的?？薉r-I三翼機(jī)，這架飛機(jī)由1912年進(jìn)入?？斯緭?dān)任首席設(shè)計(jì)師的普 拉茨(ReinholdPlatz)設(shè)計(jì)。1917年由廠的?？?Dr-I木制機(jī)翼上沒有會(huì)產(chǎn)生 阻力的拉力鋼線，三翼的翼尖由一根薄而流線、非結(jié)構(gòu)的垂直支撐條貫穿，用來控制莫些飛行狀況下的飛機(jī)顫振，機(jī)翼 的強(qiáng)度來自一根強(qiáng)壯的方型翼梁。由于普拉茨精通焊接，因 此Dr-I的衍架式盒狀機(jī)身就以焊接鋼管取代了木條，但仍然保留交叉鋼線。懸臂式機(jī)翼的主翼梁的強(qiáng)度足以支撐飛行

14、負(fù)載安東尼?？烁？薉r-I取消了機(jī)翼之間的拉力鋼線機(jī)身則是焊接鋼管和交叉鋼線結(jié)構(gòu)由普拉茨設(shè)計(jì)并于1918年服役的?？薉.VII雙翼機(jī)，把 Dr-I的無拉力鋼線、盒狀翼梁、高升力機(jī)翼、交叉鋼線金屬 焊接機(jī)身更為發(fā)揚(yáng)光大，這兩架飛機(jī)的特征都是外覆帆布， 有著盒狀翼梁的懸臂式機(jī)翼。而同年由現(xiàn)的機(jī)身纖細(xì)D.VIII單翼機(jī)，則有著后來成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的厚翼根、外覆三合板的 機(jī)翼。萊因霍爾德普拉茨?？薉.VII雙翼機(jī)現(xiàn)代復(fù)刻機(jī) 飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年（上）：容克斯的全金屬飛機(jī)早在?？孙w機(jī)之前，就有人設(shè)計(jì)由厚實(shí)的懸臂式機(jī)翼和 全金屬飛機(jī)了。1910年一位德國熱動(dòng)力學(xué)教授容克斯（HugoJunkers）對(duì)航空產(chǎn)生了狂熱興

15、趣，首先設(shè)計(jì)了內(nèi)置拉力鋼線 的金屬懸臂式厚機(jī)翼，雖然沒有真正生產(chǎn)，但容克斯把這個(gè) 機(jī)翼應(yīng)用到1915年設(shè)計(jì)制造的單翼機(jī) J.1上，比?？说脑O(shè)計(jì) 要早。J.1是第一架成功的全金屬飛機(jī)，相當(dāng)笨重，飛行時(shí)速194公里，只能容納一名飛行員，機(jī)身鋼管結(jié)構(gòu)外部覆蓋薄 鐵片，因此被昵稱為“錫驢子”，機(jī)翼安裝在機(jī)身中間（中 置式），翼根很厚，逐漸向翼尖收薄。雨果容克斯榮克斯J.1單翼機(jī)容克斯曾想使用木材，但經(jīng)過詳細(xì)考慮之后，他認(rèn)為只 有金屬材料才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念。容克斯認(rèn)為自然生長的樹干 和樹枝只能提供大小、形狀固定的木料；而金屬所能提供的 特性與尺寸幾乎毫無限制，而且容易加工成形，可靠性和強(qiáng) 度值可以正確掌握

16、，又不受天候及大氣的影響。雖然德國軍方對(duì)容克斯的設(shè)計(jì)抱有懷疑和排斥態(tài)度，但 容克斯深信飛機(jī)本來就應(yīng)該以金屬制造，并繼續(xù)改進(jìn)他的設(shè) 計(jì)。他把機(jī)體外蒙皮由鐵片改為當(dāng)時(shí)德國剛發(fā)明的輕質(zhì)銅鋁合金，用在1917年全金屬的J.4翼半雙翼機(jī)（sesquiplane） 上，鋁質(zhì)外蒙皮呈波紋形來增加強(qiáng)度，波紋方向由前往后以 減少風(fēng)阻，該機(jī)被德軍選定為主要對(duì)地攻擊機(jī)，同盟國對(duì)其 幾乎束手無策。到大戰(zhàn)結(jié)束的1918年11月，全金屬、鋁質(zhì)波紋外蒙皮、懸臂式單翼構(gòu)型的J.9和J.10相繼服役，這兩型飛機(jī)的機(jī)翼都安裝在機(jī)身底部（下置式），和以往把機(jī)翼安裝在機(jī)身頂部（上置式）或中間有所不同，容克斯考慮一 旦飛機(jī)失事墜毀，機(jī)

17、翼可以吸收撞擊的能量，有利于飛行員 的安全。等可收放起落架由現(xiàn)后，下置式機(jī)翼可使用較短較 輕的起落架，顯示由這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。容克斯對(duì)飛機(jī) 結(jié)構(gòu)演進(jìn)的影響是全面性的，他是第一架懸臂式機(jī)翼飛機(jī)、 第一架全金屬飛機(jī)、第一架下單翼飛機(jī)的設(shè)計(jì)者與制造者。容克斯J.4翼半雙翼機(jī)J.4的波紋蒙皮全金屬下單翼波紋蒙皮的 J.10第一次世界大戰(zhàn)期間另一個(gè)重要的設(shè)計(jì)創(chuàng)新是硬殼式 機(jī)身，mono來自希臘文，是“單一”的意思；coque來自法文，是“外殼”的意思，因此 monocoque的意思是一片式外 殼（就像蛋殼）。硬殼式結(jié)構(gòu)有著薄而成弧狀的外殼，不需內(nèi)段式加強(qiáng)條就能支撐外部負(fù)載，如果外殼和可分擔(dān)負(fù)載的 隔

18、框或加強(qiáng)條搭接，則就稱為半硬殼式( semi-monocoque) 結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)的主要承載部件都是那層應(yīng)力蒙皮(stressedskin)。因此若依照嚴(yán)格的定義，現(xiàn)代飛機(jī)很難說是半硬殼式 結(jié)構(gòu)，因?yàn)闄C(jī)體蒙皮上有許多維護(hù)開口(cutout),所以絕大部分的氣動(dòng)力負(fù)載都由桁條和隔框承受，而不是蒙皮。硬殼和半硬殼式機(jī)身的區(qū)別硬殼式機(jī)身實(shí)際上在一戰(zhàn)爆發(fā)的前夕就已經(jīng)由現(xiàn)了，當(dāng) 時(shí)已有人嘗試在圓形的木制隔框上鋪上幾層很薄的三合板， 但因?yàn)楹苜M(fèi)工，以這種施工方式做由來的飛機(jī)沒幾架，其中 最著名的的是法國的 “競(jìng)賽者(Racer),這架快速且流線的 單翼機(jī)的殼狀機(jī)身是由上下兩片壓模成形的木質(zhì)三合板接合而成

19、，它在1912年創(chuàng)下時(shí)速超過185.2公里的紀(jì)錄。硬殼 式施工技術(shù)的突破是在1918年，當(dāng)時(shí)在勞黑德飛機(jī)制造公司(LougheadAircraft Manufacturing Company )任職的諾斯洛普(John K. .Northrop ),和公司創(chuàng)辦者阿倫和馬爾科姆勞黑德兄弟(Alanand Malcolm Loughead ),以及公司的制造總監(jiān)斯塔德曼( T. Stadlmam)共同獲得了硬殼式機(jī)身制程的專利，將施工的時(shí) 間大幅度縮短。專利編號(hào)為1,425,113,諾斯洛普是主要設(shè)計(jì)外形優(yōu)美的“競(jìng)賽者”現(xiàn)代復(fù)刻機(jī)機(jī)身殼體的制造過程，在模具表面使用木條一層層鋪設(shè)膠合 成形制造完成的

20、上殼體等待膠合的下殼體第一次世界大戰(zhàn)末期的 1918年，一些飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式儼然已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了， 例如為了增加升力，機(jī)翼做得較厚， 而且下翼面的弦線方向曲率較小，因此能使用較寬的翼梁以 增加機(jī)翼的強(qiáng)度和剛性。還由現(xiàn)了簡潔的無拉力鋼線機(jī)翼，和以金屬取代木材作為飛機(jī)主結(jié)構(gòu)的時(shí)代趨勢(shì)。不過一直到20世紀(jì)20年代初，當(dāng)時(shí)在天空飛翔的飛機(jī)絕大多數(shù)還是有 著外露式拉力鋼線、裝有副翼的強(qiáng)壯機(jī)翼、獨(dú)立衍架式交叉鋼線機(jī)身、以粗棉布覆蓋外表面的木制雙翼機(jī)。一戰(zhàn)后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)第一次世界大戰(zhàn)期間的飛機(jī)結(jié)構(gòu)科技發(fā)展非常迅速，戰(zhàn)后由于缺少刺激而使步伐變慢。大戰(zhàn)期間各國共生產(chǎn)超過 15萬架的飛機(jī)，大部分使用木材制造，使得木料

21、來源瀕臨枯竭，大戰(zhàn)末期由于杉木缺乏，設(shè)計(jì)人員只得采用夾板而非實(shí)木來 設(shè)計(jì)支柱和翼梁。也由于木材的供應(yīng)有問題，英國的航空部(AirMinistry )宣布未來英國飛機(jī)將采用全金屬的設(shè)計(jì)， 不過二戰(zhàn) 時(shí)期英國著名的蚊式戰(zhàn)斗機(jī) (Mosquito ),還是以三合板做為 結(jié)構(gòu)材料，該機(jī)也是全世界最后一架全木制生產(chǎn)型飛機(jī)。1919年，容克斯把J.10的經(jīng)驗(yàn)融入單發(fā)民用機(jī) F.13的 設(shè)計(jì)里。這是一架全金屬、鋁質(zhì)波紋蒙皮、懸臂式下單翼飛 機(jī)，可乘坐兩名機(jī)組和四名乘客，時(shí)速 167公里，到1932 年底共生產(chǎn)了 350架。接著是可乘坐15名乘客，時(shí)速278 公里，非常成功的Ju52民航機(jī)，并成為納粹德國空軍

22、第二次世界大戰(zhàn)時(shí)的空運(yùn)主 力。Ju52是下單翼機(jī)，方方正正的機(jī)身覆蓋鋁質(zhì)波紋蒙皮，看外觀就是典型容克斯飛機(jī)，機(jī)鼻和左右機(jī)翼的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)共安裝3具星型發(fā)動(dòng)機(jī)。等待最后組裝的F.13容克斯波紋蒙皮白代表作一一 Ju 52美國福特汽車公司 (Ford Motor Company )從1926年起也開始生產(chǎn)外型方正、全金屬、厚實(shí)上單翼、波紋蒙皮、和Ju52 一樣3具發(fā)動(dòng)機(jī)的“錫天鵝” (TinGoose) 3發(fā)飛機(jī)(Trimotor),該機(jī)可乘坐12名乘客、時(shí)速 232公里。雖然福特和容克斯的波紋蒙皮非常耐用，但蒙皮 事實(shí)上承受的負(fù)載很少，卻產(chǎn)生不小的風(fēng)阻，以結(jié)構(gòu)效率而 言這種設(shè)計(jì)沒什么前途。同樣是波

23、紋蒙皮三發(fā)的福特“錫天鵝”1916年，一位二十多歲熱衷于飛機(jī)的年輕小伙子諾斯洛 普毛遂自薦加入加州圣芭芭拉，由勞黑德兄弟創(chuàng)立才一年的 勞黑德飛機(jī)制造公司，他最初負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)F-1 ( FlyingBoatNo.1)的機(jī)身外形，接著則設(shè)計(jì)翼展長達(dá) 22.86米的機(jī)翼。 F-1是一架雙發(fā)、可乘坐10名乘客的雙翼水上飛機(jī)，也是當(dāng) 時(shí)全世界最大的飛機(jī)，1918年3月28日由阿倫進(jìn)行首飛。約翰諾斯洛普坐在F-1水上飛機(jī)座艙中的勞黑德兄弟，左邊是馬爾科姆， 右邊是阿倫F-1的飛行性能非常優(yōu)越，美國海軍也有所耳聞。阿倫應(yīng)海軍的要求把飛機(jī)飛到圣地亞哥的北島(NorthIsland）進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，不過美國海軍當(dāng)時(shí)才

24、剛訂購了寇蒂斯HS-2L （CurtissHS-2L ）水上飛機(jī)機(jī)，因此在進(jìn)行了3個(gè)月的測(cè)試后，只與勞黑德簽約制造兩架改進(jìn)型飛機(jī)，并請(qǐng)他們?yōu)楹＼姶ぶ圃?HS-2L o勞黑德F-1水上飛機(jī)一戰(zhàn)結(jié)束后，軍方的代工合約馬上取消，公司的生存立 即遭遇嚴(yán)重的威脅，但勞黑德兄弟與諾斯洛普仍不氣餒，準(zhǔn) 備生產(chǎn)一種新型大眾化的單人雙翼小飛機(jī)S-1以挽救公司。大概是受到諾斯羅普當(dāng)初設(shè)計(jì)F-1船式機(jī)身的經(jīng)驗(yàn)影響，S-1最大特征就是半硬殼式機(jī)身。勞黑德S-1運(yùn)動(dòng)飛機(jī)S-1硬殼機(jī)身的制造模具飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年（下）：一戰(zhàn)后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)勞黑德的S-1機(jī)身也和“競(jìng)賽者”號(hào)一樣采用兩片式接 合制造，不過這兩片殼狀半機(jī)身是由三層

25、杉木條在混凝土模 子內(nèi)靠模成形，然后只需20分鐘就能定位并高溫膠合，機(jī)身外形有如子彈，氣動(dòng)效率非常好。S-1于1920年首飛，但沒賣由半架，這不是 S-1不夠好，而是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上充斥著 大堆戰(zhàn)時(shí)生產(chǎn)的飛機(jī)，不論新舊正賤價(jià)拋售。勞黑德公司因 此關(guān)門大吉，諾斯羅普也跳槽到位加州圣塔莫尼卡的道格拉 斯飛機(jī)制造公司(DouglasAircraft Company )。 勞黑德公司歇業(yè)后，對(duì)航空工業(yè)仍然滿 懷熱情的阿倫于1926年在好萊塢創(chuàng)立了洛克希德飛機(jī)公司(Lockheed AircraftCompany),并立即邀請(qǐng)諾斯洛普返回公司任職，共同設(shè)計(jì)生產(chǎn)一架全木制7座單發(fā)小飛機(jī)、具有6.35毫米厚木板制

26、造的 半硬殼式機(jī)身、超流線外形、全封閉式客艙、懸臂式上單翼。 這架飛機(jī)被諾斯羅普命名為“織女星”(Vega),巡航速度每小時(shí)287公里，該機(jī)于1928年7月4日首飛，很快就成為 成功的商務(wù)客機(jī)?！翱椗恰敝阅茉陲w機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展史上 占據(jù)特別重要的地方，是因?yàn)樵摍C(jī)證明了在提供相同機(jī)內(nèi)空 間的情況下，半硬殼式機(jī)身結(jié)構(gòu)能比傳統(tǒng)的衍架式設(shè)計(jì)減少 35%橫截面面積，因此降低了風(fēng)阻，減輕了飛機(jī)的重量，讓 飛機(jī)有更好的性能、載運(yùn)更多的旅客?！翱椗恰钡某晒υO(shè)計(jì)很快就在全世界流行開來，也影響了大型運(yùn)輸飛機(jī)的設(shè)計(jì) 理念。第一架“織女星” NX913“織女星”的硬殼機(jī)身1929年諾斯羅普離開洛克希德，自己成立了一

27、家諾斯洛普飛機(jī)公司(Northrop AircraftCompany)，探索應(yīng)力蒙皮結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，而洛克希德則沿用“織 女星”的設(shè)計(jì)繼續(xù)制造飛機(jī)。1931年洛克希德推由的“獵戶 座(Orion),基本上就是把“織女星”改為下單翼布局，因 此可以使用較輕較短的起落架，收起時(shí)可放進(jìn)厚翼根內(nèi)。“獵戶座”是第一架使用可收放式起落架的民航機(jī)，因此雖然和“織女星”使用相同的 550馬力星型發(fā)動(dòng)機(jī)，巡航時(shí)速卻快 92.6公里，事實(shí)上每小時(shí) 370公里的巡航速度已比當(dāng)時(shí)大部 分戰(zhàn)斗機(jī)的速度還快。從此之后，流線型半硬殼機(jī)身、懸臂 式下單翼、可收放式起落架就成為飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型了。洛克希德“獵戶座”率先采用了可收放起

28、落架，大大降低了 飛行阻力諾斯羅普離開洛克希德后做的第一件事就是制造一架 很像飛翼的飛機(jī)，這架于 1929年完成的實(shí)驗(yàn)性飛機(jī)翼展長 達(dá)9.14米，機(jī)翼厚度由翼尖向翼根處逐漸增厚，機(jī)翼中線處并排安置兩個(gè)開放式座艙，機(jī)翼中央有一類似機(jī)身的凸由結(jié) 構(gòu)用來安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，兩根細(xì)長的尾撐用于安裝機(jī)尾控制面。這架飛機(jī)的外型雖然是當(dāng)時(shí)首創(chuàng)，但仍屬鋁質(zhì)半硬殼式結(jié) 構(gòu)，諾斯羅普以該機(jī)來測(cè)試如何造生更有效率、更輕的金屬 飛機(jī)，例如：這架飛機(jī)沒有傳統(tǒng)的翼梁，而代以弦線方向問隔38.1厘米向全翼展延伸的 6片垂直抗剪腹板(shearweb),腹板的頂端和尾端彎折90度以提供加強(qiáng)條的功能，腹板和機(jī)翼外蒙皮在此以鋼釘鐘接。諾

29、斯羅普1929年試驗(yàn)飛翼，為了保險(xiǎn)起見還是保留了尾翼從這個(gè)角度可以看見機(jī)翼前后展向腹板的凸痕繼這架飛機(jī)之后，諾斯洛普公司在20世紀(jì)40年代到50年代之間，陸續(xù)研制了 N-1M飛翼(Hyingwing)以及相同外型的 XB-35和YB-49 ,最終則是在1989年首飛的全復(fù)合材料隱身轟炸機(jī)B-2 oN-1M飛翼開創(chuàng)了諾斯羅普的飛翼帝國雖然諾斯羅普的飛機(jī)只是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，但諾斯洛普公司迅速在1930年推由了 “阿爾法” (Alpha),這是第一架以平頭 鋼釘接合(flush-riveted )的全鋁、光滑外表面、半硬殼機(jī)身， 以及全鋁多室機(jī)翼(multicellularwing)的生產(chǎn)型飛機(jī)。它可乘坐

30、 6名乘客，下單翼、安裝一 具星型發(fā)動(dòng)機(jī)、外覆由美國國家航空顧問委員會(huì)( NACA ) 設(shè)計(jì)的減阻發(fā)動(dòng)機(jī)罩。外表光滑的諾斯羅普“阿爾法”“阿爾法”首先采用了全鋁多室機(jī)翼多窩狀機(jī)翼結(jié)構(gòu)是諾斯羅普當(dāng)年任職于洛克希德公司 時(shí)所研制的，在這種設(shè)計(jì)里，機(jī)翼蒙皮可承受彎矩、壓縮、 拉伸負(fù)載，而不需翼梁的上下緣條( sparcap)。這種應(yīng)力蒙皮的設(shè)計(jì)方式也成為20世紀(jì)30年代的標(biāo)準(zhǔn)，除了應(yīng)用在諾斯洛普公司本身的飛機(jī)外，道格拉斯公司 飛機(jī)和波音經(jīng)過稍微修改后，都應(yīng)用到各自的DC系列和B-247飛機(jī)上。去掉蒙皮的“阿爾法”機(jī)翼，取消了傳統(tǒng)的盒形翼梁，用翼 肋和多翼梁縱橫交錯(cuò)，形成許多小腔室在之前的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，

31、金屬僅是木頭的替代材料，飛機(jī) 設(shè)計(jì)方式并沒有因此創(chuàng)新，“阿爾法”宣告了這種設(shè)計(jì)方式 的結(jié)束。從20世紀(jì)30年代初期開始，單翼、全金屬、半硬 殼、應(yīng)力蒙皮成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 配合價(jià)廉高強(qiáng)度鋁合金的研制， 以及發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳設(shè)計(jì)的進(jìn)步，這種設(shè)計(jì)方式成為時(shí)代趨 勢(shì)。雖然在第二次世界大戰(zhàn)開始時(shí)，許多國家的軍用飛機(jī)仍 堅(jiān)持雙翼構(gòu)型，但在 20世紀(jì)30年代，全金屬半硬殼單翼的 設(shè)計(jì)理念也擴(kuò)展到軍機(jī)上。美國在1932年3月推由了第一架單翼戰(zhàn)斗機(jī)波音的 P-26 “玩具槍” (Peashooter)，時(shí) 速370公里，采全金屬、鋼釘接合、開放式駕駛艙、固定式起落架、單發(fā)動(dòng)機(jī)、以及與 B-247相同的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，機(jī)翼

32、因?yàn)橛型饫摼€所以不完全是懸臂式。真正的第一架懸臂式單翼戰(zhàn)斗機(jī)在3個(gè)月后由現(xiàn)，這就是于1932年6月首飛的法國德瓦蒂納D-500。這架飛機(jī)和P-26一樣采用固定式起落架、開放式駕駛艙、V12水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，性能大致相仿。1933年蘇聯(lián)由現(xiàn)時(shí)速達(dá)500公里的波利卡爾波夫I-16,這是第一架 懸臂式機(jī)翼可收放式起落架的戰(zhàn)斗機(jī)，機(jī)翼采用全金屬翼梁，但外表面覆蓋粗棉布，安裝在木頭硬殼式機(jī)身上。第一批全金屬、鋼釘接合、半硬殼式機(jī)身、下單翼、可收放式起落架、封閉式座艙的戰(zhàn)斗機(jī)是1935年4月由現(xiàn)的美國寇蒂斯公司的霍克75A/P-36、5月由現(xiàn)的德國Bf109、以及8月由現(xiàn)的美國P-35?？艿偎够艨?5A/P

33、-36飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年（下）：現(xiàn)代民航飛機(jī)結(jié)構(gòu)的誕生現(xiàn)代民航飛機(jī)結(jié)構(gòu)的誕生第一架全金屬，具備一切現(xiàn)代民航客機(jī)（除螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)外）特點(diǎn)的商用單翼機(jī)是1930年波音公司的單發(fā)郵政機(jī)（Monomail ）,波音根據(jù)這架飛機(jī)的半硬殼式機(jī)身和應(yīng)力蒙皮設(shè)計(jì)，在1931年為美國陸軍航空部研制了雙發(fā)動(dòng)機(jī)轟炸機(jī)的原型機(jī)YB-9 。波音 Monomail結(jié)構(gòu)圖YB-9轟炸機(jī)由于美國陸軍未將 YB-9投產(chǎn)，波音與它的商業(yè)伙伴聯(lián) 合航空(United AirLines)經(jīng)過慎重考慮后，在 1932年以B-9構(gòu)型為基礎(chǔ)研制 了體型稍小的商用機(jī)型，這就是于1933年2月首飛的B-247。這架在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)史上翻下新篇章的飛機(jī)是

34、架具有全金屬、應(yīng) 力蒙皮結(jié)構(gòu)、全包覆式機(jī)艙、橡膠除冰靴、配平片(trim-tab)、 流線型發(fā)動(dòng)機(jī)罩、自動(dòng)駕駛儀、下單翼、可收放式起落架設(shè) 計(jì)特點(diǎn)的飛機(jī)，只憑一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也能飛行和爬升。也就是說 B-247是第一架“現(xiàn)代化”的民航機(jī)，之后的每一種民航機(jī)都是在模仿它的特點(diǎn)。這架飛機(jī)雖然只能乘坐10名旅客，但飛行時(shí)速比福特的三擎機(jī)快上56公里，可在24小時(shí)內(nèi)飛越美國本土，因此極富商業(yè)競(jìng)爭力，廣受各家航空公司的歡迎而供不應(yīng)求。但飛機(jī)的機(jī)身較低矮，旅客在機(jī)艙內(nèi)要彎腰 前進(jìn)，還得跨過突生于地板上的機(jī)翼后梁。波音247是劃時(shí)代的民航機(jī)由于波音的生產(chǎn)線無法滿足航空公司的訂單，道格拉斯公司乘勢(shì)崛起，迅速推由后來

35、名噪一時(shí)的全金屬、下單翼、雙發(fā)動(dòng)機(jī)、可收放式起落架DC ( DouglassCommercial)系列客機(jī)?？沙俗?2名旅客的DC-1首飛于1933 年，只比B-247晚了五個(gè)月。DC-1的機(jī)翼翼梁在機(jī)艙地板 的下方，因此艙內(nèi)地板平坦，空間較寬闊，旅客不需彎腰。1934年道格拉斯公司接著推由了機(jī)體較長，可乘坐14名旅客的DC-2; 1935年則是推由了可乘坐 21名旅客的DC-3。DC-3的性能、有效載荷、堅(jiān)固性使得航空公司真正開 始能從民航運(yùn)輸中賺取利潤，因此到了1940年就成為全世界航空運(yùn)輸業(yè)使用最多的飛機(jī)。DC-3是第一架能通過運(yùn)送旅客及貨物，不需政府補(bǔ)貼就能賺錢的民航機(jī)，到第二次世 界

36、大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，共生產(chǎn)了 1萬1,000多架，是全世界到目前 為止單一機(jī)型生產(chǎn)量最多的飛機(jī)，其中大多數(shù)是軍用型的C-47。DC-3是第一架能通過運(yùn)送旅客及貨物，不需政府補(bǔ)貼就能 賺錢的民航機(jī)DC-3劃時(shí)代的成功，歸功于同時(shí)具備了可收放式起落 架、NACA設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩(B-247的發(fā)動(dòng)機(jī)罩由波音自行 設(shè)計(jì))、襟翼(B-247沒有襟翼)、高效率增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、變距 螺旋槳。DC-3機(jī)翼內(nèi)有三根主梁而非常見的兩根，增加了 機(jī)翼的耐用度，使得飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有安全性損壞( fail-safe)特性，疲勞壽命很長。DC-3具備了一切鋁合金半硬殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：成形后的鋁蒙皮以鋼釘和機(jī)體、縱梁、翼肋、翼梁、 加強(qiáng)條、成形

37、條相互鐘接?，F(xiàn)今最新式的C-17 “環(huán)球霸王”(Globelmaster)運(yùn)輸機(jī)，翼展 50.29米，最大起飛總重 265 噸，但機(jī)翼結(jié)構(gòu)卻和翼展 28.96米，最大起飛總重11噸的 DC-3基本一樣，都是三翼梁、多翼肋、應(yīng)力蒙皮的設(shè)計(jì)?？梢赃@么說：DC-3之后的飛機(jī)和DC-3之間只有細(xì)節(jié)的差異， 基本設(shè)計(jì)理念沒什么不同。DC-3的三翼梁機(jī)翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年(下)：二戰(zhàn)時(shí)期飛機(jī)結(jié)構(gòu) 二戰(zhàn)時(shí)期飛機(jī)結(jié)構(gòu)除了少數(shù)外，二戰(zhàn)時(shí)期由現(xiàn)的戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)大多是半 硬殼式結(jié)構(gòu)，材料大多是鋁和鋼，例外之一是當(dāng)時(shí)頗富盛名 的英國“蚊式” (Mosquito),這是一種時(shí)速 667公里、雙發(fā) 上單翼的戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，于 1

38、940年11月首飛。“蚊式”是架 輕重量、敏捷的全木制飛機(jī)，機(jī)身為兩層杉木夾板中間夾輕 質(zhì)木料構(gòu)成的硬殼式結(jié)構(gòu)， 這是歷史上三明治結(jié)構(gòu)(sandwich construction)的首次應(yīng)用實(shí)例之一。到1950年為止，“蚊式”共生產(chǎn)了 780架，是最后一種生產(chǎn)型全木制飛機(jī)?！拔檬健币彩遣捎媚局朴矚C(jī)身的，圖中機(jī)身兩側(cè)的物體是制造左右硬殼的木模在航空史上，從1939到1947年是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)革命的年代，除了極少數(shù)例外，這段期間所由廠的飛機(jī)不論外型 有多大的差異，內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)和DC-3幾乎沒什么不同，能對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新意的就是是20世紀(jì)30年代晚期分別由英國惠特爾(FrankWhittle

39、)和德國的奧海因 (Hans J. P. von Ohain)發(fā)明的渦輪 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1939年8月27日，一架德國的秘密實(shí)驗(yàn)飛機(jī)He178首飛成功，兩年后的 1941年5月15日，惠特爾390公 斤推力的離心式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)著格羅斯特(Gloster)E-28/39飛行了 17分鐘，帶領(lǐng)英國進(jìn)入噴氣時(shí)代。弗蘭克惠特爾和他的離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)無獨(dú)有偶，馮奧海因的第一個(gè)設(shè)計(jì)也是離心式的都是機(jī)頭 進(jìn)氣、單發(fā)的He178 (上)和格羅斯特 E-28/39 (下)驗(yàn)證機(jī) 全世界第一架噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)是梅賽斯密特(Messerschmitt)設(shè)計(jì)的 Me262,于1944年進(jìn)入德國空軍服役，一個(gè)月后格

40、羅斯特飛機(jī) 公司的“流星”戰(zhàn)斗機(jī)(Meteor)也加入了英國皇家空軍的 行列。這兩種飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)都裝在機(jī)翼上，時(shí)速超過926公里，大大超過了最快的螺旋槳飛機(jī)。都是雙發(fā)、機(jī)翼發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的Me262 (上)和“流星”(下)Me 262是第一架后掠翼生產(chǎn)型戰(zhàn)斗機(jī)，機(jī)翼后掠的目的是把超重的Jumo004渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的重心后移，巧合的是后掠翼降低了高 速時(shí)的阻力，但在當(dāng)時(shí)人們不理解其原理何在。為了減少風(fēng) 阻，Me262的機(jī)翼很薄，雖然主起落架能放進(jìn)翼根內(nèi)，但機(jī)腹就得 較寬以容納輪胎，飛機(jī)的剖面就像鯊魚一樣，上窄下寬。早 期的Me262原型機(jī)采用后三點(diǎn)式起落架，后來改為前三點(diǎn)式，機(jī)鼻 有足夠的空

41、間來容納輪子。美國第一架噴氣機(jī)是貝爾飛機(jī)公司(BellAircraft )的XP-59A，于1942年10月首飛，由兩具通用電 氣公司的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)，時(shí)速接近 741公里，總產(chǎn)量不到 100架，之后被時(shí)速926公里的洛克希德 P-80 “流星”(ShootingStar)取代，后者是美國的第一種實(shí)用化噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，1945年初開始生產(chǎn)。XP-59A結(jié)構(gòu)圖，和活塞式戰(zhàn)斗機(jī)基本一樣，只是機(jī)頭不再安裝發(fā)動(dòng)機(jī)了飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年(下)：二戰(zhàn)后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)二戰(zhàn)后的飛機(jī)結(jié)構(gòu)由于繳獲了許多德國渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、文件和技術(shù)人員，因此二戰(zhàn)后蘇聯(lián)很快推生了第一型噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，分別 是雅科夫列夫(Yakovlev )設(shè)計(jì)

42、的雅克-15和米高揚(yáng)-格列維 奇(Mikoyan-Gurevich )兩人設(shè)計(jì)的米格-9,兩架原型機(jī)都 在1946年4月24日首飛，和P-80 一樣都采用平直翼設(shè)計(jì)， 事實(shí)上在二戰(zhàn)后研制噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的熱潮中，最初人們?nèi)匝?用了活塞式戰(zhàn)斗機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，飛機(jī)的外型的變化主要是因 為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的截面積較小，并利用以往被活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)所 占用的機(jī)頭空間。笨拙的雅克 -15 (上)和米格-9 (下)1945年到1948年所由現(xiàn)的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上并沒有任何創(chuàng)新之處，把渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)“埋”進(jìn)機(jī)身或機(jī) 翼的主要?jiǎng)訖C(jī)是氣動(dòng)需求，但犧牲了維修方便性，同時(shí)還得 加強(qiáng)機(jī)翼結(jié)構(gòu)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。噴氣式運(yùn)輸機(jī)最后流

43、行把 發(fā)動(dòng)機(jī)以吊艙形式外桂于機(jī)身上或機(jī)翼下方，改善了可維護(hù) 性。在1935年羅馬舉辦的一場(chǎng)高速空氣動(dòng)力學(xué)研討會(huì)中， 德國的布澤曼(AdolfBusemann)首先提由了后掠翼可降低風(fēng)阻。1945年1月在NACA的蘭利實(shí)驗(yàn)室(Langley Laboratory ),研究員瓊斯(Robert T.Jones)在對(duì)布澤曼理論毫無所悉的情況下，在設(shè)計(jì)導(dǎo)彈過程中提由了 “亞音速后掠”的理論，經(jīng)過幾個(gè)月的超音速風(fēng)洞 吹試，證實(shí)了此理論是正確的。第二次世界大戰(zhàn)快結(jié)束時(shí)， 瓊斯向主管建議：以后高速飛機(jī)都應(yīng)該采用后掠翼。戰(zhàn)后布 澤曼攜帶豐富的后掠翼模型風(fēng)洞數(shù)據(jù)來到美國，加入了蘭利 實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，而這也立即影響到

44、全世界第一架后掠翼噴氣轟 炸機(jī)一一波音1947年推由的六發(fā)B-47 “同溫層噴氣”(Stratojet),和北美公司(NorthAmerican ) F-86 “佩刀”(Sabre)噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)，B-47和F-86的機(jī)翼都是后掠35度。蘇聯(lián)則根據(jù)繳獲自德國人的 資料，推由了后掠翼的米格-15,該機(jī)首飛于1947年12月， 只比F-86慢了 3個(gè)月。F-86和米格-15代表著第二代噴氣式 戰(zhàn)斗機(jī)的誕生。后掠翼之父阿道夫布澤曼，手持 F-86模型羅伯特瓊斯經(jīng)過研究證明了布澤曼理論的正確性后掠翼可以大大降低波阻進(jìn)入20世紀(jì)50年代后，NACA、美國空軍、海軍開始進(jìn)行研究超音速飛行，搜集數(shù)據(jù)并設(shè)

45、計(jì)超音速飛機(jī)，研制了一系列的驗(yàn)證飛機(jī)。貝爾公司的子彈外形火箭動(dòng)力X-1是全世界第一架超音速飛機(jī)，X-1先進(jìn)改型飛到兩倍音速，后掠翼不銹鋼的X-2則飛過3倍音速；道格拉斯公司的 X-3 “短 劍”(Stiletto)是用來研究慣性耦合的試驗(yàn)平臺(tái)，具有早期超音速戰(zhàn)斗機(jī)的典型設(shè)計(jì)構(gòu)型；雙發(fā)的諾斯洛普X-4是后掠翼無尾翼構(gòu)型，用來研究后掠翼的特性；貝爾 X-5則是美國在 大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，從繳獲的梅賽斯密特 P.1011可變幾何外形機(jī)翼 研究機(jī)所得到的靈感，驗(yàn)證了由20度到60度的的可變機(jī)翼后掠角。雖然這些 X系列的飛機(jī)對(duì)超音速設(shè)計(jì)并無任何幫 助，但卻證明了后掠機(jī)翼、低厚度 /弦線比、全動(dòng)式尾翼的優(yōu) 點(diǎn)，打

46、破了音障的限制，并使飛機(jī)能完全利用渦輪噴氣發(fā)動(dòng) 機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)。X-2火箭動(dòng)力驗(yàn)證機(jī)飛過 3倍音速1952年在NACA的研究備忘錄 L52H08中，有一篇惠特 科姆(Richard T.Whitcomb )撰寫的近音速時(shí)機(jī)翼/機(jī)身結(jié)合處零升力阻力 特性研究的文章，對(duì)突破音速有重大的影響。惠特科姆根 據(jù)風(fēng)洞測(cè)試的結(jié)果，證明了 “面積律”(arearule)可以降低超音速時(shí)的波阻( wave drag)。根據(jù)面積律，在飛機(jī)上機(jī)翼和機(jī)身相接合的位置機(jī)身的截面積應(yīng)減小以適配機(jī)翼的截面積，對(duì)迎面而來的氣流而言，機(jī)翼加上機(jī)身的總面積必需維持不變，因此機(jī)身的外型 變成所謂的“可口可樂瓶”的樣子?？稻S爾( Co

47、nvair)公司 的工程師立即根據(jù)該法則重新設(shè)計(jì)了1953年首飛但性能不佳的F-102 “三角劍” (De代aDagger)戰(zhàn)斗機(jī)，將平直的腰部內(nèi)縮。帶有蜂腰的F-102A于1954年12月首飛，速度增加了 20%,輕易地飛過音速?！懊娣e律”是噴氣機(jī)時(shí)代最重要的工程發(fā)展項(xiàng)目之一，直到 今天幾乎所有的高亞音速或超音速飛機(jī)，多多少少都應(yīng)用了 這個(gè)法則。理查德惠特科姆這就是對(duì)超音速飛行至關(guān)重要的面積律F-102A縮腰后大大提高了跨音速性能到了 20世紀(jì)50年代中期，生產(chǎn)型的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，如 由北美公司的F-100 “超級(jí)佩刀” (SuperSabre),已經(jīng)能在平飛中超過音速。到了 1956年，洛克

48、希德 的F-104 星式戰(zhàn)斗機(jī) (Starfighter)是第一架能持續(xù)飛行于 兩倍音速的飛機(jī)，該機(jī)具備優(yōu)良超音速氣動(dòng)布局所應(yīng)有的外 型一一尖銳的鼻端、纖細(xì)的機(jī)身、薄且銳利的機(jī)翼，這種設(shè)計(jì)的目的是在減弱機(jī)鼻和翼前緣的激波(shockwave)強(qiáng)度，以降低超音速時(shí)的波阻( wavedrag)。F-104的機(jī)翼厚度/弦長比只有4%,機(jī)翼前緣非常尖 銳，停在地面時(shí)得加上防護(hù)夾才不會(huì)傷到附近工作的維修人 員。F-104的機(jī)翼前緣極端銳利F-104的機(jī)翼無后掠，展弦比(aspectratio)很低，和一般超音速飛機(jī)采用后掠高展弦比機(jī)翼的方 式大大不同，這是因?yàn)槠街钡驼瓜冶葯C(jī)翼的波阻和后掠高展 弦比機(jī)翼的

49、波阻大致相同，這種機(jī)翼的亞音速性能當(dāng)然很 差，但F-104追求的是兩倍音速性能，只好犧牲亞音速性能 了。這種第二代噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼很薄，翼載( wing loading )很高，設(shè)計(jì)時(shí)通常采用多翼梁翼肋的設(shè)計(jì)，機(jī)身蒙 皮和加強(qiáng)條通常由板件生料一體加工成形。F-104翼根處有13塊腹板轉(zhuǎn)成的5根翼梁與機(jī)身側(cè)邊連接 飛機(jī)結(jié)構(gòu)一百年(下)：超音速飛機(jī)結(jié)構(gòu) 超音速飛機(jī)結(jié)構(gòu)伴隨著超音速飛行而來的是因空氣摩擦產(chǎn)生高熱所導(dǎo)致的機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度退化問題，首先當(dāng)溫度達(dá)到100攝氏度時(shí),輕合金的靜力強(qiáng)度(staticstrength）會(huì)大幅度衰退；其次在 120攝氏度的環(huán)境下待滿 100小時(shí)后，輕合金抵抗?jié)撟儯╟r

50、eep）的能力會(huì)大幅度降低。 在飛機(jī)超音速飛行時(shí)間很短暫，外蒙皮產(chǎn)生的熱還來不及傳 到內(nèi)部主結(jié)構(gòu)時(shí)，這些都不是問題，一旦需要長時(shí)間的超音 速飛行，為了防止因高熱使結(jié)構(gòu)失去強(qiáng)度，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 就要有所改變。為了讓機(jī)體擁有足夠的強(qiáng)度和剛性（ rigidity ）又不至于 超重，解決方法之一是使用蜂窩三明治結(jié)構(gòu)。1956年美國第一架超音速轟炸機(jī)，通用動(dòng)力公司的（ GeneralDynamics） B-58 “盜賊”（Hustler）就大量使用了這種結(jié)構(gòu) 來解決超音速摩擦熱問題。B-58能持續(xù)超音速飛行兩小時(shí)以 上，最高飛行速度將近 2馬赫，此時(shí)部分蒙皮的溫度超過攝 氏120度。B-58蜂窩三明治結(jié)構(gòu)的外層是厚度僅有0.381毫米的高強(qiáng)度不銹鋼蒙皮，內(nèi)層夾心則是輕質(zhì)六角形鋁薄片蜂窩，使 用區(qū)域占了機(jī)翼面積的 90%,機(jī)體面積的80%。蜂窩蒙皮的 結(jié)構(gòu)重量輕，如此大面積的使用下，只占了全機(jī)最大起飛重 量的