同学们大家好
欢迎回到力学与生活课堂
今天呢 我们给大家介绍机翼三
主要介绍一下机翼
材料的这一个演变历史
第一个问题就是我们给大家介绍一下呢
机翼用材的一般原则
我们说机翼
在这个支撑着飞机在空中飞行
首要的条件就是要满足
强度要求
也就是说 要有足够的强度
保证机翼在飞机飞行的过程中
不发生损坏
那么我们说机翼呢 首先就是一个承重的 所以说呢 必须满足强度要求
第二个呢 我们说由于飞机在空中飞
如果说机翼
机身过重
那么它所载的货物
就会相应地减轻
所以说呢 在飞机
机翼设计的时候呢 我们说呢
尽可能地
要减轻这一个机翼的重量
这是呢 我们说轻量化的要求
必须是要考虑的 要做的
第三个还有一个呢 就是提高气动性能
也就是说 我们的这一个飞机的机翼表面
那么呢必须呢 要有一定的外形
还有光洁度的要求
这个光洁度不一定是越光越好 但是一定要有一定的要求
在这种要求的情况下呢 我们说呢
才能够保证
它的气动性能发挥到了最好
这是三个要求
大家做一个一般的了解就行了
那么基于前面的这一个呢
机翼要求
那么 我们说整个从飞机的
诞生
一直到现在
那么我们说
机翼的用材发生了
许许多多的的改变
那么我们先看一下
第一个就是
木布结构时代
就是木木头和布
做的机翼
而实际上呢 就是莱特兄弟1903年
在发明这个飞行者一号的时候呢
整个机翼的结构
都是木头和布
那么当然木材 我们说它有它的特性
木材相对来说呢 密度呢 比较小
也就是说
比较轻
所以说了这一个横梁
这一块我们说
她用的就是这一个
云杉木做成的
这一个
翼筋
那么骨架和大梁
也都是
用这个木头做的
而这个呢 蒙皮 外边这一层蒙皮
这一块是用
亚麻布做的
亚麻布做的时候 这是亚麻布
而实际上呢 在当时呢就比较适合
做这个蒙皮用的
在整个这一个飞机的这个设计里面
钢材呢
用的也比较少 就是当时呢
钢材呢 用的还是还可以的
但是呢 钢材
由于密度过大
所以说
用的比较少
所以说呢 这一个时代
我们把它称为木布结构时代
当这个木布结构呢
实际上 在当时
已经能够满足
飞机的要求了
原因呢 是飞机的飞行速度
比较低
飞机在飞行过程中 包括飞机的自重 包括它所带的载荷
也都比较小
基本上这种木布结构
能够满足
开始的时候
这一个飞机的这个设计要求
那么 在20世纪20年代之前
那么 木布结构呢
依旧是飞机机翼结构设计的主体
那么大家可以看一下这一张照片
这是1918年的时候
波音公司就是我们现在
非常著名的世界两大
这个飞机制造商
一个波音 一个空客
在波音公司
当时制造
机翼的时候
是这样制造的
我们看到这一个照片
如果说不看底下这个文字
很难想到
这是呢 在做机翼
而实际上呢 就是 木布结构
也就是说用木头来打一个框架 然后把蒙皮
亚麻布给它缝制在上头
就可以了
这是呢 我们说呢 木布结构时代
下面一个时代 就是叫
铝合金飞机时代
我们说刚才呢 虽然强度
非常的好
但是
由于它的密度比较大
不适合做航空材料
那么第二个时代
就叫铝合金时代
为什么会产生铝合金时代
我们说木材
木布
本身这一个
这一个材料存在先天的不足
第一个不足就是强度不足
强度不足 也就是说 在载荷、飞机的速度、性能提高 速度提高
需要对这一个呢
材料的这个承载的力更大
那么这时候呢 它的强度不足 也就很容易损坏
还有呢 刚度不足
表现在变形过大
变形过大
还有易燃易腐蚀
这些
对于我们现在理解很容易 木头呢 易燃易腐蚀
那么所以说 由于它的先天不足
才开开始了铝合金时代
那么 整个铝合金
发展历史 我们在这儿大概浏览一下
就是1808年就很早了
在飞机
发明的快100年之前了
那么已经来开始有铝材
生产了
那么1884年
这一个华盛顿这一个来纪念碑上
就是这一个
纪念碑上顶尖用的这一个呢 铝合金材料 到现在还在用着呢
所以说它的
耐腐蚀性非常的好
非常的好
那么美国铝业公司1908年发明了这一个电工铝
1915年发明了2017
铝合金
这个二打头的这个铝合金呢
基本上呢 都是
航空铝合金
2和7打头的 都属于航空铝合金
这是呢 我们说是这
到1933年的时候
发明了2024
6061 6061呢
在航空器上用
但是呢 用得非常少
到1943年的时候 发明了6063、7075
就是高强度的呢 铝合金
而到1965年的时候呢 发明了
这个A356 这个是属于铸造
这一个呢 铝合金
实际上呢 我们说高强度的铝合金二打头的和七打头的
在作为航空空材料来说呢
这个是综合性能
非常的优异
那么 在商用飞机上的使用量
一般情况下 整个结构的使用量
可以达到80%以上
所以说慢慢的
我们坐飞机整个的这个机翼 包括机身
都进入了这个一个铝合金时代
就是铝合金
占的这一个份额
非常非常的大
这是呢这一个
那么 铝合金这一个呢
这个结构的机翼 我们可以看一看
这个呢 就是铝合金结构的这一个机翼
而这一个记忆 我们说
纵向这一个呢 都是一个一个的小横梁
小横梁
那么这一块儿我们说呢 也是一个来机翼的这一个呢
这一个呢 基面 所以说呢 我们说呢 知道
而这一个呢 就是这一个呢
单个的这一个
横截面 就是
像一个的这个工字型的
或者这一种形状的
我们说它的承载能力非常好
如果说我们后面
有机会学习材料力学的话
我们对这一个结构 它的这个性能的优异性能
我们也要有一定
更深入更更深入一步的了
了解
这一块儿我们不多说了啊 不多说了
第四个就是呢 我们说呢
就叫复合材料时代
实际上呢 从20世纪
70年代起
复合材料
开始在
飞机上 才开始用
那么主要用在什么地方呢
承力结构和非主要的构建上
而承力结构 我们说机翼上的这个大梁
那么就用这一种复合材料
还有一个非主要的呢 构建上
而非主要是有一些地方呢不适合用它
那么所以说呢 我们这一块儿
你就像这一个
还有啊
就是这一个
整流罩
就是飞机前边儿那一个雷达罩那一块
那一块儿用的比较多
还有操纵面蒙皮 就是我们机翼的那个蒙皮
要用的
比较多
那么真正将开始将复合材料
用于机翼主要结构上的
是这一个空客a380
非常有名的一个飞机
是我们现在
至今为止
最大的一个飞机 它的载客量
可以达到850多
将近1000多的载客量
那么a380呢 这一块儿的时候呢 只是在非暴露的机翼结构上
或者中央翼核
外翼
也使用了高强度的
铝合金
那么 随着这个b787和a350
这一个飞机的推出 一个呢 是波音公司的787
还有一个呢 是空客的
A350
那么呢 碳纤维复合材料
成为主要的那个机翼的
主要结构
这样制造出来的这个机翼 更轻
而气动外形也更佳
机翼的阻力更小
那么飞机的
燃油经济性更好 就越轻
越好
这一点呢 在飞机上呢 表现的呢
非常的充分
而这个呢是
波音787的这一个机器结构 我们可以看一看
它已经跟我们前面那个机翼 一般的机翼结构不一样了
两侧就是两个翼梁 中间都是筋
这一块的都可以
用这一个符合材料了
去制造
那么这一个呢 是
A350的 这两个呢
有一点类似
结构结构形状
有一点类似
那么最后一个就是钛合金的这一个应用
钛合金的这一个性能呢 也非常优良
就是
强度高
耐腐蚀性好
还有 既耐高温 还耐低温
就是高低温性能
都非常的优良
那么 这一块儿主要用于
航空发动机 这一块儿很神奇
航空发动机同时呢 还用于
机体的呢
制造 当然也包括
机翼的制造 这是一个
还有一个钛合金 为什么能这样用呢
就是钛金属的含量
在地球上
它的这一个含量都非常的丰富
占地壳总量的0.3%
而仅次于这一个铝
铁和镁
排在第四
然后呢 她比什么呢 我们常见的铜锌镍
加起来
还要多
所以说呢 蕴含量非常丰富
历史呢也比较悠久 就是钛元素 发现呢很早了
1791年就发现了
1795年
就分解出了氧化碳
然后呢 20世纪
才提出了纯度百分之九十九以上的金属钛
那么 这个钛金属 还有一个非常大的一个好处 做一个航空材料
就是比强度高
而所谓比强度呢 就是强度
和密度的比值
就是比强度
比所有的金属
都高出很多
在这一块呢 我们说 大家从我们这一块这一个数据里边
我们就可以看出来
它的这一个
比强度 在这一块 远远地高出来
其他的第一个材料
所以说呢 我们在这一块呢 不多说了 知道就行了
那么钛金属用的最好的就是这一个
SR-71
号称黑鸟
这一个飞机 非常神奇
那么呢 从服役到这个退休
从来没有一个导弹 能够打下来它
它的速度达到了这一个3.5马赫
比一般的导弹都要飞得快得多
一般的导弹二点几个马赫
然后它3.5 导弹追它根本就追不上
而且呢 发现他的时候呢 雷达有时候呢
就是前面的雷达跟踪他
都很困难
所以说 这一个是美国的高速
高空侦察机
这一块速度3.5马赫 高度三万米以上
所以说在这一块呢 我们说很神奇的
那么它的这一个呢 钛金属的 这个用量呢 占到了93%
然后呢 号称全钛飞机
这一块儿我们这导弹也追不上的飞机
大家看一看历史
63年研制 66年
服役
90年
就退役了
到98年的时候 永久退役了
为什么永久退役了？
现在他的那些
高空侦察的那些功能
卫星替代了
并不是它的性能落后了
而是卫星取代了它
而这一个呢 就是起落架的一个装置
而在这个起落架的主体结构里面
钛合金
我们说呢
在这一个强度 耐用性方面呢 起了很大的这一个作用
我们这一讲呢 就到这 谢谢大家