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軍用大型運輸機的機翼又大又薄,是如何托舉起幾百噸的機身而不被折斷的?

如果僅僅是承重問題,那還比較簡單,主要就是考慮機翼靜強度結構設計就可以了。具體來說,就是在給定機翼結構自身重量條件下,若要安全地承受使用載荷/設計載荷,需要正確的選擇結構材料、合理布置結構部件、分析優化機翼結構尺寸即可。簡單說,就是根據重量載荷、依據經驗及公式、按照合適的係數計算就行了。

然而,機翼的設計並不單單是考慮承受重量的問題,更為複雜的是要考慮各種交變受力情況,在現有的技術條件下「機翼並不怕重,而是怕振動」。

僅就大型運輸機來說,載重更多、飛的更快、航程更遠是其突出特點,所以各種部件(包括機翼)就需要強度更高、重量更輕、柔韌性更好的材料和結構設計。但是類似於機翼這種大型柔性結構,很容易受到飛機本身和外界的擾動而發生振動,由振動引起的結構疲勞會有導致機翼斷裂的風險產生。因此在設計機翼的時候我們當然要考慮其使用載荷,但是更多的是要考慮機翼結構的振動特性並對其進行控制,防止過高的振動水平引起機翼結構的疲勞破壞,這些才是機翼斷裂的風險根源所在。材料選擇:飛機的主承力結構(比如機翼上的梁、肋、蒙皮壁板)一般選用高比強度或者高比模量的材料,按強度設計的地方用高比強度的材料(為了避免材料的失效),按剛度設計的地方用高比模量的材料(為了避免結構的失穩)。目前飛機的機翼的設計趨勢是採用複合型材料,複合材料具備高比強度和高比模量,並且結構重量輕,韌性好,能夠承受一定角度的彎曲和3G左右的過載。如上圖所示,飛機的大部分燃油都布置在飛機機翼之內的油箱里,這樣就會有一個很好的作用,飛機升力將機翼向上頂,油箱燃料的重量會將機翼向下壓,抵消了升力產生的彎矩,改善了機翼的受力。綜上所述,用過合理的計算設計、選擇適合的材料、進行優化結構設計、輔以各種箱梁結構加強,運輸機機翼承受所需的重量很容易。此外,任何一架新型運輸機在交付驗收之前,都會進行無數次的測試,測試環節和複雜程度遠超普通人的想像。

比如上圖,機翼靜力試驗的場景,你覺著經過這樣子測試的機翼會輕易斷裂嗎?

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