基本介紹
- 中文名：機翼盒段
- 外文名：wing box
- 別稱：機翼翼盒
- 地位：機翼的主要承重結構
- 組成：前梁、後梁、翼肋框架、上下壁板
- 作用：保持機翼結構，承擔油箱工作
簡介,翼盒結構設計,
簡介
機翼在飛機飛行過程中產生升力，是飛機能夠飛行的根本保障。機翼盒段是機翼的主要承力部件，承受機翼上產生的所有載荷。所以盒段的結構設計，對機翼甚至整個飛機的影響有著至關重要的作用。好的結構設計不僅能夠保證機翼產生正常的氣動升力，以及機翼內系統的正常運作，而且能夠充分發揮材料的性能優勢，減輕結構重量。
翼盒作為外翼結構中最主要的承力部件，對整個機翼有著重要的影響。翼盒前端連線固定前緣和前緣縫翼，後端連線副翼、襟翼和擾流板，下端連線發動機吊掛和起落架。飛機運營過程中所有工作情況下的載荷都是會傳遞到翼盒上。
翼盒結構設計
圖1.不同方向翼肋的比較機翼盒段結構設計首要解決的問題是結構布局問題。首先是主要載荷的傳遞路徑問題，即大部分機翼彎曲力矩應該由翼梁承受還是由翼面蒙皮壁板承受；其次是普通翼肋的方向問題，即翼肋是沿順流方向布置還是按垂直機翼後梁方向布置；
關於第一個問題，很明顯應該利用機翼表面蒙皮承受大部分彎矩。這是因為現代的高速機翼需要有比較高的扭轉剛度，而且這些抗扭材料同時還用作抗彎材料。為了提高這些材料的抗壓屈能力，需要縮小翼展方向加強桁條的問距。
關於翼肋的布置方向問題，如圖1(a)所示的是一種常規結構，圖1(b)所示的是翼肋沿順流方向布置的情況。有一種觀點認為，翼肋應和飛行來流方向平行，以保障翼梁問(假定為雙梁機翼)有平滑的空氣動力形狀。但從結構的可靠性來看，後一種翼肋布局則有許多缺點。如果在兩根梁之間布置有展向桁條，那么在桁條與蒙皮之間需要採用大量的鉚釘連線，因此，翼肋與蒙皮之問的鉚接對於機翼的氣動外形不會有特別的影響。從圖1可以看出，機翼採用順流布置比常規布置翼肋的總長度要增加28%，而且結構的重量也將相應地增加。
圖2.後掠機翼根部載荷分布問題
圖2.後掠機翼根部載荷分布問題後掠翼在製造過程中存在下面一些問題：
（1）翼梁緣條彎曲困難。
（2）因為蒙皮是主要的承彎材料，因此蒙皮的厚度都較大。由於這些厚板的加工需要非常高的壓力，所以不用液壓機，而是採用複合壓彎成形機(multiple brake operation)對其進行加工。
圖3.大後掠角機翼單梁設計
圖3.大後掠角機翼單梁設計（3）將夾具、型架、隔板和翼梁腹板上的夾角設計成900對工人來說非常重要，夾角如果不設計成900就意味著製造會有困難。
圖2中的三角形區域A屬於超靜定結構。在這個區域若沒有蒙皮，則扭矩、剪力和彎曲是易於分析出來的。假如蒙皮與縱梁不連線，蒙皮只用來承擔扭矩，結構的承載也是確定的。因此，如果這兩種形式的結構結合，便需要用變形協調條件來確定每一結構所承受扭矩的百分比。在機翼根部後緣處，扭矩和彎矩使機翼產生附加的扭轉變形，從而使機翼側肋處於危險的受力狀態。
在初步估計飛機重量時，機翼根部的側肋及其附近機身結構的重量不能忽略不計。
圖4.運輸機機翼平面布置圖
圖4.運輸機機翼平面布置圖另一種設計方法是採用如圖3所示的單一主梁結構。該結構形式在擁有較厚翼盒的大後掠機翼中得到了套用，它們既簡單又有效。
圖4所示的前梁和後梁的位置，在設計的初始階段，確定機翼上增升裝置的布置時初步定好的。在設計過程中，機翼與機身連線的設計，液壓系統元件、操縱系統元件以及電氣系統的設計安排等可能導致翼梁位置的變更。但是，在設計的初始階段應儘早確定好翼梁的位置，而且最好給出翼梁位置的數學模線圖(mathematically defined loft)。無論如何，在最後布局和製圖以前，首先需要弄清楚這些。
後梁必須位於適當的弦向位置，以便留下足夠的空間用來安裝襟翼和操縱襟翼、副翼、擾流片的機構。後梁後移會增加抗扭翼盒的橫截面面積(附帶地也增大了燃油的儲存空間)，但其剖面高度的降低卻削弱了它的承彎效能。類似的情況也發生在前梁前移的時候。簡單襟翼(simple plain flap)和分裂式襟翼(split flap)最理想的長度是機翼弦長的25%左右，但高效的開縫式襟翼(slotted flap)則占機翼弦長35%甚至40%時效果比較理想。通常情況下，前梁位置大約位於翼弦的15%處，後梁位於翼弦的55%～60%處。處於收上位置的襟翼和後梁之問應有5%～10%的弦長空間安裝操縱系統的元件，中央機翼部分(前梁和後梁之間的翼盒結構)將機翼前緣和後緣及其本身的載荷傳遞到機身結構上。實際上，運輸機的機翼主翼盒結構就是一個很理想的密封整體油箱。沿翼展方向燃料的安排，應考慮飛機在各種燃油負荷情況下的平衡。從設計一開始，應儘量避免採用機身油箱，但遠程飛機例外，因為它需要很大容積儲存大量的油料。
圖5.運輸機翼梁高度和翼盒最大厚度曲線
圖5.運輸機翼梁高度和翼盒最大厚度曲線如圖5所示的是翼梁高度和機翼最大翼型厚度沿翼展方向的變化曲線。這些曲線常用來計算燃料的容量，布置油箱的位置(油箱端肋的位置)，並用來確定抗扭、抗彎翼盒的蒙皮厚度和桁條初始截面積。
最終的機翼模線分兩個階段建立。首先確定高速模線，然後對模線進行檢查和修改，使機翼便於製造，特別是前緣和後緣曲度很大的部分。例如，可將機翼擾流片附近的外形稍加修改，使各擾流片能互換使用，並且左、右機翼上的擾流片也能互換。內側擾流片和前緣襟翼也要進行這種處理。
