提供飛機高升力的襟翼

黃建國

飛機在運動中產生的升力大于或等于它的重量時就會騰空而起，否則只能停在地面。飛機的升力主要來自碩大而對稱于機身兩側的機翼，可是，因為地面滑行速度有限，機翼產生的升力往往不夠，于是設計師在機翼的后緣上增加了兩塊襟翼，為飛機起降助一臂之力。為何小小的襟翼有如此大的威力？

分布在機翼后緣上的兩塊內、外襟翼像水平尾翼上的升降舵、垂直尾翼上的方向舵及相鄰的副翼那樣，都繞各自轉軸運動，同稱為舵面。不過，升降舵、方向舵的作用在于控制飛機姿態，而襟翼的作用在于為機翼增加升力并以“增升裝置”著稱。

那么，襟翼如何提高機翼的升力呢？

依據升力與機翼的面積、彎度與升力系數成正比例的關系，襟翼通過增加機翼的面積與彎度來增大升力，此外，設計師通過機翼與襟翼、主襟翼與子襟翼之間形成的縫隙，讓機翼下部高壓氣流穿過這些縫隙流向低壓的上表面，沖走那些雜亂無章的渦流，延緩襟翼上尾部氣流的分離帶來氣動效率的降低。

襟翼有單縫襟翼、雙縫襟翼和三縫襟翼三種。單縫襟翼只有一塊，并與機翼后梁艙形成一條縫;雙縫襟翼由一塊小的子翼（前翼）和大的主襟翼或由主襟翼和一塊小的后翼組成，三縫襟翼則由復雜的前翼+主翼+后翼組合而成。

從增升效果而言，在面積相同的情況下，三縫襟翼的效果最好。737-300采用的就是三縫襟翼。它的前翼沿直線滑軌向前平移以增大面積;主襟翼沿主滑軌運動時向后伸展還能向下偏轉;后襟翼則通過一套四連桿機構隨主襟翼聯動做向下和向后運動，使整個襟翼面積和彎度一塊增加，效果非常好。

但是這種三縫襟翼的結構太復雜，重量也大，因而逐漸被淘汰了。后來的機型多采用“主襟+后襟”組合，波音757、777等都采用雙縫襟翼。也有不少飛機嫌子翼運動機構過于復雜還可能降低其可靠性，便采用子翼固定并隨主襟翼一同運動的雙縫襟翼，中國商飛研發的ARJ21飛機就用的這種。A320則采用了更為簡單的單縫襟翼，但它使用了更多的前緣翼來彌補襟翼增升的不足。

飛機上任何舵面只有當它運動時才能充分發揮作用。襟翼運動的全行程約為45～50°，轉軸半徑長達1米左右，且轉軸中心在機翼之下。這就無法從轉軸中心上安裝一個連接襟翼的旋轉支臂，故大多數襟翼采用沿等高度的滑軌運動，轉軸中心即為滑軌虛擬圓心。

此外，襟翼運動也別具特色：同一塊舵面有兩副相似的滑軌及兩個作動器。在這4個作動器的驅動下，襟翼沿滑軌走過的行程各不相同。可是，這4個作動器都連接在電機或液壓馬達輸出的同一轉速的扭力管上。如何滿足內、外襟翼在同一時刻偏轉相同角度？這是所有飛機襟翼運動設計的一大難點，也是一個重點。

在飛機采用電傳操縱之前，襟翼的運動通常由飛行員操作襟/縫翼手柄，通過拉桿或鋼索回路，開啟操縱閥，由液壓馬達或電機帶動沿機翼后梁走向的扭力管轉動，再驅動與作動器相連的襟翼沿滑軌運動。在舵面偏轉過程中，操縱閥實現反饋并回到中立位置。

飛機采用電傳操縱之后，襟翼運動變為：飛行員操縱與角位移傳感器相連的襟/縫翼手柄，通過電信號直達數字計算機，計算機同時接收手柄和舵面的位置信號，進行比較、飛行控制律計算，形成指令后給液壓馬達或電機、帶動扭力管轉動，再驅動作動器及舵面偏轉。

在這個運行過程中，指令都與監控同時進行，舵面運動信息通過數據總線顯現在駕駛艙的屏幕上，一目了然。破解4個內、外作動器的運動學計算及確保內外襟翼同步運動的繁雜的問題都集中在技術含量高的襟翼飛行控制律內，由計算機運算得到，化解了復雜的計算難題。

正是這些重要的控制和傳動設備與裝置，造就了今天的襟翼及其運動系統為機翼提供了充沛的高升力，使飛機起降性能大大提高，起降滑跑距離一短再短！