襟翼在模型飞机上的应用 上

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　　大多模型爱好者可能未接触过襟翼，因为它在普通模型飞机中很少见。但说到飞机上的襟翼，大家就比较熟悉了。襟翼在各种飞机上的广泛应用已有很长时间。我们在乘坐民航客机时，仔细观察其起飞和着陆时机翼翼面的变化，就不难发现襟翼的存在；但却很少有人能准确地说出它的真正用途、空气动力学原理以及如何在模型飞机上使用。
　　襟翼的作用很大，它可将一架正在降落的狂野的P-51变得像小猫一样温顺。下面就详细介绍襟翼的有关知识以及它在模型飞机上的应用。
　　一、襟翼的基础知识
　　（一）襟翼的定义
　　带有襟翼的机翼平时看上去像是一个整体，其实在它的前/后缘都可能装有长短、宽度不同的翼面（图1）。在飞行时，它们有时伸出、有时收回，就像衣服的下襟一样随风摆动，因此这些翼面有了一个十分形象的名称――襟翼。
　　襟翼一般定义为装在机翼后缘或前缘，可向下偏转或(和)向后(前)滑动，用以增加升力的翼面形装置，通过它可改变机翼的升力和阻力性能。在有些飞机上，副翼与襟翼连动形成全翼展的“襟副翼”。
　　
　　（二）襟翼的
　　作用
　　襟翼早在上世纪20年代就已试验成功，但直到30年代中期，随着具有高翼载荷的单翼机的出现才开始广泛应用。单翼机的特点决定了它比大多数双翼机具有更大的失速速度，因此其着陆速度也更高，并需要更长的跑道起飞。而安装襟翼则是解决这一问题的有效办法。
　　众所周知，机翼的作用是产生足够的升力使飞机升空。在机翼面积、翼型、平面形状和飞行速度等参数一定的情况下，最大升力是一定的。机翼面积越大，升力越大；飞行速度越快，升力也越大。也就是说，在升力一定的情况下，若选用的机翼面积越大，起飞速度可以越小；若能达到的起飞速度越大，则选用的机翼面积可以越小。因此，理论上讲，要把重量确定的飞机送上天，可以采取两个办法：一是选用面积较小的机翼，通过加大起飞速度实现；二是使起飞速度保持较低，通过采用大面积机翼实现。
　　但这两个办法是否可行呢？第一个办法机翼面积较小，飞机的结构重量就较轻，这是优点，但起飞速度大却很不利：一方面要求机场跑道很长，另一方面，高滑跑速度对安全的威胁极大。第二个方法起飞速度低，有利于缩短滑跑距离，但大面积的机翼不但使飞机的载重量减少，而且会使飞行阻力剧增，大大降低飞行效率。这两个办法都有缺陷，而解决这一难题的“法宝”就襟翼。它既可使飞机不需很大、很重的机翼，也能在较低的起飞、着陆速度下产生足够的升力，也能使飞机的载重、速度、阻力和油耗达到最佳化。
　　事实上，襟翼为一种增升装置，它通过改变机翼的翼型弯度、增加机翼面积等方法来提高升力。襟翼的另一特性是在舵面偏转时增加升力和阻力，前半段增加升力明显，后半段增加阻力明显。其主要用途是降低飞机的着陆速度、缩短着陆滑跑距离。另外，应用襟翼可使飞机在不提高速度的前提下以更大的下降角着陆，而机头不必过高抬起，因此飞行员能更好地观察着陆场地，提高了在障碍物多的小场地降落的安全性（图2）。而在起飞时使用襟翼的好处是可以缩短滑跑距离，使飞机以更大的角度爬升（图3）。
　　现代高速喷气式客机一般采用窄小的机翼来获得优异的飞行性能。这种机翼的缺点是在高速飞行时容易失速，而且飞机的起飞、着陆速度也非常大。而采用襟翼则可通过改变机翼的弯度和增加机翼的面积，增加机翼升力系数和阻力系数，改善机翼的升力和阻力性能，从而降低失速速度，使飞机能以更大的动力、更低的飞行速度、更陡的航线着陆，极大地提高了飞机着陆的安全性。
　　但要注意的是，若不能正确使用，如放下襟翼时间过早等会给飞行带来危险。放下襟翼会导致飞机抬头或低头，需用升降舵补偿才能使其保持原来的飞行姿态。放下襟翼还会造成机翼的扭转效应，其扭转量的大小决定于襟翼的类型和机翼的设计。襟翼的使用会大大增加飞机的结构负荷。因此应在较低的飞行速度下使用襟翼，一般飞机上的空速表都刻有安全使用襟翼的速度范围。
　　襟翼并不是对所有飞机都适用，一般的超轻型飞机就不适合安装襟翼。因为安装襟翼的目的是为了避免失速、降低起降距离，所以通常用在翼展小、速度较快、重量较大的飞机上。而超轻型飞机重量轻、翼展大、飞行速度较慢，没有使用襟翼的必要。此外，由于超轻型飞机对动力变化较敏感，降落时飞行速度会下降很多，因此再用襟翼来增大飞机阻力，会导致飞行速度下降更多，反而增加了失速的几率。
　　
　　（三）襟翼的种类
　　按照襟翼在机翼上的安装位置划分，可将其分为前缘襟翼和后缘襟翼两大类。
　　1.前缘襟翼
　　安装在机翼的前缘位置，可看作是能偏转的前缘（图4）。这种襟翼广泛应用在超声速飞机上，与后缘襟翼配合能提高飞机起飞、着陆时的升力。超声速飞机一般采用前缘尖、相对厚度小的薄机翼，在大迎角飞行时，机翼前缘上表面会产生气流分离，使升力大大降低，易造成失速。而前缘襟翼能延迟气流的分离时间。在大迎角时，前缘襟翼向下偏转可减小前缘与相对气流之间的角度（减小迎角），使气流平顺地沿上翼面流过，避免飞机失速。另一方面，前缘襟翼也增大了翼型的弯度，使上、下表面压力差增大，提高了升力。
　　前缘襟翼的一种特别类型是克鲁格襟翼（图4）。这种襟翼装在前缘下部向前下方翻转，既可增大机翼面积，又可增大翼型的弯度，具有很好的增升效果，构造也简单。在波音喷气式客机上曾使用过此类襟翼（图6），但现代的客机好像不再使用这种前缘襟翼，基本上都是普通的前缘襟翼。克鲁格襟翼还经常与后退式襟翼或多缝襟翼配合使用，以减小增升时机翼力矩的变化，进一步提高增升效果（图7）。
　　2.后缘襟翼
　　安装在机翼后缘位置，既可提高升力，也能增大阻力，多在着陆时使用。有的飞机为了缩短起飞滑跑距离，起飞时也放后缘襟翼，但放下的角度很小。后缘襟翼的类型很多，较常见的有：简单襟翼、开裂式襟翼、开缝襟翼、后退式襟翼（图8）。
　　（1）简单襟翼
　　简单襟翼属于机翼后缘的一部分，以铰链连接，类似于副翼（图8）。使用时其向下偏转一定的角度，使机翼更加弯曲，增大了机翼上、下表面的压力差，从而提高了升力。同时，放下襟翼后，机翼后缘涡流区扩大，机翼前、后压力差增大，阻力相应增大。襟翼放下的角度越大，升力和阻力增加得越多。但在一般情况下，阻力增大得比升力大，因此升阻比是降低的。因为在飞机大迎角状态下使用襟翼，会使机翼上表面的气流更易提前分离，产生失速，所以机翼的失速迎角要比不放襟翼时有所减小。
　　这种简单襟翼的增升效果不是很大，但构造简单，多用在低速飞机上，高速飞机很少单独使用（图9、图10）。
　　（2）开裂式襟翼
　　这种襟翼像一块薄板，收起时紧贴于机翼的后缘下部（图8）；使用时则沿前方的轴向下偏转，好像机翼后缘沿弦面裂开一样。在开裂处形成低压涡流区，对机翼上表面气流有吸引作用，其流速会增大，从而加大上、下表面压差，提高了升力，同时也起到延缓气流分离的作用。另外，放下的襟翼使机翼下弧变得更弯曲、升力增加。而机翼原来的后缘保持不变，减小了俯仰偏转量。基于上述原因，开裂式襟翼比简单襟翼的增升效果更好，可使最大升力系数提高75％～85％，但产生的阻力也更大。因此，开裂式襟翼在着陆时的效果更好，而偏转量小的简单襟翼在起飞时更具有优势。同简单襟翼一样，在大迎角状态下使用开裂式，机翼的失速迎角会有所减小。
　　由于构造简单，开裂式襟翼在小型低速飞机上应用较广泛，常用在“喷火”战斗机、寇蒂斯P-40战斗机和北美航空T-6等飞机上（图11、图12）。
　　（3）开缝襟翼
　　开缝襟翼是在简单襟翼的基础上改进而成的。当这种襟翼放下时，其前缘和机翼后缘之间形成缝隙（图8）。下翼面的高压气流通过缝隙高速流向上翼面后缘，延缓了上翼面气流的分离，从而提高了升力。另外，开缝襟翼放下时机翼更加弯曲，也有提高升力的作用。开缝襟翼比简单襟翼或开裂式襟翼的增升效果更好，可使最大升力系数提高85％～95％，且失速迎角降低不多。在偏转量较小时，开缝襟翼比简单襟翼产生的阻力大，但比开裂式襟翼小。由于它的升力/阻力比大，可以带来更好的起飞和爬升性能，因此多用在起飞时，是中、小型飞机较多采用的襟翼类型（图13、图14）。
　　一些高性能飞机上的开缝襟翼由2～3个小翼片组成，放下时形成2～3个缝隙，这种形式的开缝襟翼被称为双缝襟翼（图8）和多缝襟翼。由于当开缝襟翼的角度增大到一定值时，增升效果降低，因此需采用双缝襟翼或多缝襟翼来克服这一缺点。它们可让更多的高速气流从下翼面通过多道缝隙流向上翼面后缘，使气流仍然能贴着弯曲的翼面流动。这样，即使襟翼偏转到相当大的角度，也不会发生气流分离，提高了增升效果。另外，双缝襟翼和多缝襟翼向下偏转时，还有一定的后移量，可起到增加机翼面积的作用。因此，双缝襟翼和多缝襟翼的增升效率比单缝襟翼高，但它们的构造也更复杂、重量更大。目前在大型飞机（特别是客机）上安装有双缝或三缝襟翼（图15），增升效果十分显著。
　　（4）后退式襟翼
　　位于机翼后缘下半部的活动翼面，使用时沿机翼底部的滑道向后、向下展开（图8），既加大了机翼弯度，也增加了机翼的面积，降低了翼载荷，在小幅增加阻力的同时，大大增加了升力。这种襟翼的缺点除了构造复杂外，使用时低头力矩较大，要求飞机水平尾翼有足够大的平衡能力。在机翼厚度较薄，不便于采用复杂的双缝襟翼和多缝襟翼时，可以采用较薄的后退式襟翼。后退式襟翼在大、中型飞机上采用较多，曾用在洛克希德早期的双发运输机、B-24“解放者”及一些二战飞机上（图16），现在仍然在高速喷气式客机上广泛使用。
　　有一种后退式襟翼在放下时，襟翼前缘与机翼后缘之间保持一定的缝隙，能起到开缝襟翼的作用，被称为富勒襟翼（后退开缝式襟翼）。它兼有后退襟翼和开缝襟翼的优点，增升效果更好。最大升力系数还可提高85％～95％，个别大面积富勒襟翼的最大升力系数可提高110％～140％。但其缺点是操纵结构更复杂，多在高速、重型飞机上使用（图18），可大大改善起降性能。
　　
　　（四）襟翼的发展
　　上面介绍的是几种比较成熟的襟翼，还有一种襟翼提出的概念虽很早，但直到现在仍不完善，这就是喷气襟翼（图19）。它的设计方案很多，基本原理是从发动机或高压气瓶引出气体，吹向机翼或襟翼表面，达到增加升力、推迟分离、降低阻力、改善失速特性的目的。由于喷气襟翼十分复杂，目前只有个别飞机，如“鹞”式垂直起降飞机、F-4和米格21轻型战斗机使用了喷气襟翼。（未完待续）

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