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玉和娱乐会员官网:曲折的历史:襟翼是如何出现的?

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  欢迎收看本期节目,作为“襟翼”学家,今天为大家深度剖析——襟翼是如何出现的?

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  讲襟翼之前,有必要和大家聊聊飞机的历史。莱特兄弟发明第一架飞机是在1903年,这架飞机在空中试飞了四次,最长的一次也仅仅只有一分钟,这个持久力简直…即便如此,这一名场面也足以载入史册。第一个襟翼设计是在1908年。也就是说,在这五年的时间内,是没有襟翼这个东西的。为什么会出现襟翼?襟翼又是不是飞机设计的必需品?


  飞机终归是一个交通工具,能拉更多的人、飞更快的速度是它亘古不变的追求。这个背景下,为了可以达到安全离地和平稳着陆的要求,如何增加升力就成了设计们迫切要攻克的难题。从某种程度上看,襟翼的出现是飞机发展进程中必然的结果。我们知道了襟翼的增升作用,想弄清它的设计原理,很有必要和大家说说升力是怎么形成的。


  关于飞机升力的通俗解释,一般有两种说法,牛顿第三定律、伯努利定律。由于这两个名字有点绕口,所以,在之后的视频中,我会把它们简称为牛三和努力。


  首先讲讲牛三,这种原理认为,升力源于空气对机翼底部的反作用力。表面上看这个思路好像没有问题,但你仔细一想,这无非就是从结果反推原理。


  我们再来说说努力,伯努利根据能量守恒定律推出:流体的静压和动压之和是一个常数,对应到相应的机翼上,上下部气流会同时到达终点。由于翼型构造的特殊原因,上表面路程较长,所以,气流速度较快。动压增加,静压必然会减小,上下静压差使飞机形成了升力。表面上看这个思路好像也没有问题,但你再仔细一想,上下表面气流为什么会同时到达终点?你在叠纸飞机的时候,有没有专门设计一个路程差?


  在贴吧、论坛上,总能看到这类回复:“原来伯努利定律确实是错的,还记得高中时候,和老师争得面红耳赤,小时候教材的编者也很不专业。”


  这个…牛三和努力只是狭隘,而不是错误。实际上,气流对飞机升力的影响是非常复杂的,这两种解释虽然漏洞百出,但是用于解释各类飞控设计却非常易懂。所以说,它们广泛出现在各类大学教材中。教材中,其实还有另外一个比较准确的升力公式。

  知道了伯努利定律和升力公式,现在,我们来思考一个问题。怎么增加升力?换言之,如何设计襟翼?第一个思路,改变翼型弯度,使上下表面形成气流速度差;第二个思路,根据升力公式,增加机翼面积。


  奇怪的是,早期的飞机设计大部分与科学技术发展缺乏联系,当时,很多设计甚至反向帮助了理论的形成。我们就在理性和感性的矛盾之中,以不可思议的速度前进着。


  形成速度差有一个最简单的办法,形成路程差,也就是掰弯机翼。1908年,法曼提出了人类历史上第一个襟翼设计,将机翼后缘设计成可绕轴转动的小翼面,达到让机翼掰弯的效果。谈起这段历史时,很多人会认为,落后的材料科学是这种设计的无奈之选。事实上,莱特兄弟发明飞机之后,注册了他们可以想到的所有专利,这种后缘转动的小翼面巧妙地攻破了专利壁垒。


  1914年,萨拉热窝枪声点燃了欧洲的炸药桶,第一次世界大战正式爆炸。战争是残酷的,但它却是社会进步与科学技术的催化剂。航空业迅速发展,千奇百怪的襟翼设计轮番登场,但始终无法跳出弯曲机翼的思维怪圈。


  1919年,德国飞行员拉赫曼在医院养伤,忽然想到,如果可以在襟翼前缘设计出一个缝隙,流向上缘的气流会形成更大的压力差,开缝式的设计使升力增加了60%以上。拉赫曼获得了它的专利,但却无法说出其中的原理。实际上,气流与人是一样的,当路程逐渐变长时,有些气流就开始选择走弯路,从而,无法为飞机增加升力。如果,可以增加流向上表面的气流,“督促”作用就可以促使部分气流重新回到正轨。


  故事讲到这里,你可能会有疑问。为什么早期的飞机设计师一直执着于增加速度差,而不是机翼面积。从前面的升力公式中,你会发现,这个公式同样也适用于阻力。所以,机翼面积的增加是不利于高空巡航的,即便可以设计出一个可变形的机翼,又会增加机翼厚度。


  在人类的思维里,机翼厚度的增加是不利于飞行的。因为,印象中,再胖的鸟也有一对纤细的翅膀。直到1917年,科学家们才证实了较厚机翼的优越性,自认为早已征服天空的我们,实际上,依然活在自然的窥视之中。

  1924年,里程碑来了——富勒襟翼。工作时,襟翼一边向后退,一边向下偏转,后退偏转的同时,收敛式的缝隙使加速气流吹向上翼面。这是襟翼历史上,第一次同时使用了增加机翼面积、增加弯度、控制附面层三大原理的设计,增升能力迎来了质的飞跃。


  事实证明,单缝隙是可行的,那么两缝隙的效果会更好,以此类推。时至今日,100年过去了,多缝隙的富勒襟翼依旧随处可见,影响力可见一斑。有趣的是,设计师富勒曾说道,虽然鸟类可以随时控制翅膀的弯曲度,但人类的智慧,可以长出另一对翅膀。

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