提供飞机高升力的襟翼

黄建国

飞机在运动中产生的升力大于或等于它的重量时就会腾空而起，否则只能停在地面。飞机的升力主要来自硕大而对称于机身两侧的机翼，可是，因为地面滑行速度有限，机翼产生的升力往往不够，于是设计师在机翼的后缘上增加了两块襟翼，为飞机起降助一臂之力。为何小小的襟翼有如此大的威力？

分布在机翼后缘上的两块内、外襟翼像水平尾翼上的升降舵、垂直尾翼上的方向舵及相邻的副翼那样，都绕各自转轴运动，同称为舵面。不过，升降舵、方向舵的作用在于控制飞机姿态，而襟翼的作用在于为机翼增加升力并以“增升装置”著称。

那么，襟翼如何提高机翼的升力呢？

依据升力与机翼的面积、弯度与升力系数成正比例的关系，襟翼通过增加机翼的面积与弯度来增大升力，此外，设计师通过机翼与襟翼、主襟翼与子襟翼之间形成的缝隙，让机翼下部高压气流穿过这些缝隙流向低压的上表面，冲走那些杂乱无章的涡流，延缓襟翼上尾部气流的分离带来气动效率的降低。

襟翼有单缝襟翼、双缝襟翼和三缝襟翼三种。单缝襟翼只有一块，并与机翼后梁舱形成一条缝;双缝襟翼由一块小的子翼（前翼）和大的主襟翼或由主襟翼和一块小的后翼组成，三缝襟翼则由复杂的前翼+主翼+后翼组合而成。

从增升效果而言，在面积相同的情况下，三缝襟翼的效果最好。737-300采用的就是三缝襟翼。它的前翼沿直线滑轨向前平移以增大面积;主襟翼沿主滑轨运动时向后伸展还能向下偏转;后襟翼则通过一套四连杆机构随主襟翼联动做向下和向后运动，使整个襟翼面积和弯度一块增加，效果非常好。

但是这种三缝襟翼的结构太复杂，重量也大，因而逐渐被淘汰了。后来的机型多采用“主襟+后襟”组合，波音757、777等都采用双縫襟翼。也有不少飞机嫌子翼运动机构过于复杂还可能降低其可靠性，便采用子翼固定并随主襟翼一同运动的双缝襟翼，中国商飞研发的ARJ21飞机就用的这种。A320则采用了更为简单的单缝襟翼，但它使用了更多的前缘翼来弥补襟翼增升的不足。

飞机上任何舵面只有当它运动时才能充分发挥作用。襟翼运动的全行程约为45～50°，转轴半径长达1米左右，且转轴中心在机翼之下。这就无法从转轴中心上安装一个连接襟翼的旋转支臂，故大多数襟翼采用沿等高度的滑轨运动，转轴中心即为滑轨虚拟圆心。

此外，襟翼运动也别具特色：同一块舵面有两副相似的滑轨及两个作动器。在这4个作动器的驱动下，襟翼沿滑轨走过的行程各不相同。可是，这4个作动器都连接在电机或液压马达输出的同一转速的扭力管上。如何满足内、外襟翼在同一时刻偏转相同角度？这是所有飞机襟翼运动设计的一大难点，也是一个重点。

在飞机采用电传操纵之前，襟翼的运动通常由飞行员操作襟/缝翼手柄，通过拉杆或钢索回路，开启操纵阀，由液压马达或电机带动沿机翼后梁走向的扭力管转动，再驱动与作动器相连的襟翼沿滑轨运动。在舵面偏转过程中，操纵阀实现反馈并回到中立位置。

飞机采用电传操纵之后，襟翼运动变为：飞行员操纵与角位移传感器相连的襟/缝翼手柄，通过电信号直达数字计算机，计算机同时接收手柄和舵面的位置信号，进行比较、飞行控制律计算，形成指令后给液压马达或电机、带动扭力管转动，再驱动作动器及舵面偏转。

在这个运行过程中，指令都与监控同时进行，舵面运动信息通过数据总线显现在驾驶舱的屏幕上，一目了然。破解4个内、外作动器的运动学计算及确保内外襟翼同步运动的繁杂的问题都集中在技术含量高的襟翼飞行控制律内，由计算机运算得到，化解了复杂的计算难题。

正是这些重要的控制和传动设备与装置，造就了今天的襟翼及其运动系统为机翼提供了充沛的高升力，使飞机起降性能大大提高，起降滑跑距离一短再短！