开缝襟翼 概念 开缝襟翼的作用 航空器

概念

襟翼是安装在飞机机翼上的增升装置，可以提高飞机的起降性能。说白了就是让飞机可以以更低的飞行速度起降。对于人类来说，飞机的起降速度越低越安全。通常说的襟翼，指的是后缘襟翼，而后缘襟翼又分简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼等。后缘机翼一般安装在机翼内侧的后缘，而操纵飞机横向机动的副翼通常安装在外翼段。除了后缘襟翼，还有安装于机翼前缘的前缘襟翼、以及一些比较特殊的襟翼。

开缝襟翼是襟翼的一种，是在简单襟翼的基础上改进而成的。20世纪20年代，英国著名设计师汉德莱·佩奇和德国空气动力学家拉赫曼发明了开缝襟翼。它是一条或几条附着在机翼后缘的可动翼片，平时与机翼合为一体。

开缝襟翼的作用

放下开缝襟翼，一方面襟翼前缘和机翼后缘之间形成缝隙，下表面高压气流，通过缝隙高速流向上表面后缘，使上翼面附面层中空气流速加大，延缓了气流的分离，提高最大升力系数。另一方面,放下开缝襟翼，使机翼更加弯曲，也有提高升力的作用。所以开缝襟翼的增升效果比较好，最大升力系数一般可增大85-95%，而临界迎角降低不多。因此它是中、小型飞机主要采用的类型。[1]

但是襟翼放下时也会增加阻力，放下的角度越大，增加的阻力也越大，这对于着陆时的飞机是好事，裸翼在这个时候不仅可以增大升力来弥补速度下降造成的升力减小、还能通过增加阻力来进一步降低着陆速度，起到了气动减速板的作用。在飞机稳定飞行的前提下，着陆速度越低越安全。当飞机着陆后需要进一步减速，可以在降低发动机功率的同时再放下襟翼充当减速板。

开缝襟翼的历史

对机翼进行变形控制的尝试由来已久。早在1903年莱特兄弟第一架飞机升空之前，他们就已经开创了独特的机翼变形控制技术( Wing Warping，也称机翼扭曲/扭转控制技术)，这种当时用于飞机横向滚转控制的技术从理论上为后来副翼的出现奠定了基础，也为襟翼的出现奏响了序曲。

1908年出现的副翼实际上就是最早的襟翼形式，它是位于机翼后缘的操纵面，用以提供飞机的横向控制：放下一侧机翼上的副翼将会增加该侧升力，而抬起则会降低这一侧的升力。说到底，副翼实际上是当年莱特兄弟机翼变形控制系统的改进版本。在参照副翼结构方式的基础上，人们发明了简单襟翼。简单襟翼与副翼形状相似，放下简单襟翼，相当于改变了机翼截面形状，使机翼更加弯曲。这样空气流过机翼上表面，流速加快，压力降低，机翼下表面的气流流速减慢，压力提高。因而机翼上下表面压力差增大，升力增大。可是，襟翼放下之后，机翼后缘涡流区扩大，故阻力同时增大。襟翼放下角度越大，升力和阻力也增大得越多。放下襟翼，升力和阻力虽然同时增大，但在一般情况下阻力增大幅度要比升力增大的幅度大，所以机翼的升阻比是降低的。

1914年，英国在S. E.-4双翼机上率先开始使用简单襟翼，但是这种新的增升装置却不讨飞行员的喜欢，英国飞行员们也很少使用—因为它并不总是能显著的改善飞行性能。

1917年、德国飞行员拉赫曼(G. V. Lachmann)在一次飞行中遭遇失速，飞机随即坠毁。当时似乎并没有人意识到，这次坠机将引发航空技术上的一场重要革命。

大难不死的拉赫曼是个善于思考的人，躺在病床上修养期间他就已经开始考虑如何改机翼。飞机失速的原因并不难以理解，其产生原因往往是飞机飞行速度过小或者机翼相对于来流的角度过大，后一种情况通常叫做迎角过大。这两种情况下，机翼将无法产生足以维持飞机飞行的足够升力，飞机也就迅速下坠导致事故。

按照拉赫曼的设想，如果机翼能够由一组若干稍小的机翼组成，每个小翼之间留有平行于翼展方向的开缝，那么在大迎角低速度情况下，空气就能够从开缝中流过，避免气流过早分离。这样的机翼更像是一组机翼，每部分都在不同的迎角下工作。而在平飞状况下，空气将会从开缝的上方流过而不是穿过开缝，此时这种机翼和普通机翼并无太大差别。

拉赫曼的设想实际上就是今天开缝式襟翼的雏形。他认为自己设计的开缝机翼能够有效防止失速产生，为此他制作了一些模型进行了测试，并于1918年2月提出申请专利。但是他的请求却遭到驳回，专利局认为开缝机翼会损害机翼的升力。拉赫曼只能继续进行试验以便驳斥那些质疑者。

开缝襟翼是在简单襟冀的基础上改进而成的。放下开缝襟翼，一方面襟翼前缘和机冀后缘之间形成缝隙，下表面高压气流通过缝隙高速流向上表面后缘，使上翼面附面层中空气流速加大，延缓了气流的分离，提高最大升力系数。另一方面，放下开缝襟翼，使机翼更加弯曲，也有提高升力的作用。所以开缝襟翼的增升效果比较好，最大升力系数一般可增大85%~95%。

到20世纪30年代，大多数客机已经采用了襟翼，襟翼的结构也更加复杂。随着高性能军用飞机的翼载逐步增大，人们迫切需要将飞机失速速度控制在可接受的范围内，这就要求必须设法提高飞机的最大升力系数。20世纪30年代中后期使用的后缘襟翼多为简单襟翼和开裂式襟冀。意大利比亚乔公司于1937年率先开发出双缝襟翼。这种襟冀有两个开缝，可以让更多的高速气流从下冀面通过两道缝隙流向上翼面后缘，吹除涡流，促使气流仍然能贴着弯曲的翼面流动。这样，襟翼偏转到相当大的角度，还不致于发生气流分离，因而能显著提高增升效果。当然，双缝襟翼也会明显增大阻力，因此这种襟翼在降落时效果更为明显。

二战期间，美国NACA(国家航空咨询委员会)对各种复杂的增升装置进行了大量的风洞试验。通过对比，人们发现，采用双缝襟冀加前缘襟翼的方式可以将普通升力面的升力系数从1.4提高到3.2以上。道格拉斯A-26就是世界上最早采用双缝襟翼的飞机；而双缝襟翼和前缘襟翼同时广泛使用则是二战以后的事情。今天大多数喷气式运输机都采用双缝乃至三缝襟翼加前缘襟翼/缝翼的组合形式。