第一節 機體結構

飛機機體是指飛機的機翼、機身、尾翼（包括垂直尾翼和水平尾翼）、前翼（也稱為鴨翼）、發動機艙（有的與機身合在一起）和起落架。飛機機體可以采用不同的結構形式和材料，按照不同的要求和規定進行設計和生產，但總的一點是必須滿足飛機的性能要求，如飛多快、多高、多遠，達到多大的機動能力，可以掛載多少武器彈藥，能安全使用多少時間（如飛行4000小時或8000小時）。當然還必須保證飛機每次飛行完畢后容易維護、修理，飛機機體的生產最好不需要過分特殊的設備、工具和材料，使每架飛機的生產成本能為用戶所承受，戰爭時期能持續生產和改進。

一、結構形式

早期的飛機采用承力框架外加蒙布（用層板帆布或金屬薄片）制成。為保持機體正確的形狀和受力后少變形，在機翼、機身之間往往拉上很多鋼索或鋼絲，有時使用支撐桿。這樣，飛機受到的所有力，如空氣產生的升力、阻力及飛機本身的重力和發動機通過螺旋槳產生的力等主要由框架承擔，蒙皮（飛機外表覆蓋面）只是起到保持外形和將空氣產生的力傳給框架的作用。

20世紀30年代中期，飛機動力裝置的功率提高很快，飛機速度大增，對飛機結構的要求更高，于是出現適度增強蒙皮來承受力的要求，這就產生了半硬殼結構。半硬殼結構指除飛機大梁外，外殼也承受一部分力。這種結構的機體蒙皮用層板或金屬薄板（主要是硬鋁合金）

制成，內部用一些細長的加固件加強（稱桁條）。這種形式目前仍在廣泛采用。既然有半硬殼結構也就會出現“全硬殼式”結構，但前面一般不必加上“全”字。這樣的機體結構全部受力部件是外殼，沒有承受主要載荷的大梁，但可以有許多小桁條加固蒙皮，使它受力時穩定，不容易變形（如起皺紋或鼓起來）（圖2-1）。最典型的硬殼式結構飛機應該說是二戰期間蘇聯的伊爾-2強擊機（圖2-2），它的前機身完全是一個用厚達7～8毫米鋼板焊成的殼體，兩名空勤人員和發動機、油箱等重要部件都在這個殼體內。它可以承受小口徑機關炮的射擊。不過大多數飛機的硬殼式結構并不這樣堅固，只在關鍵部位加鋼板。

噴氣式高速飛機的出現要求采用很薄的機翼，相對厚度（厚度與翼弦長度之比）有的只有3％～4％（如F-104戰斗機），于是出現一種新的結構形式，稱為“整體結構”，即將蒙皮、桁條和腹板等加工為一整體，要從一塊很厚的金屬板中變厚度切削出蒙皮、桁條。這樣的結構形式受力很好，很輕，但是原材料要切削掉95%，對加工機床（如銑床）的性能要求很高，也很費工時。現代作戰飛機真正用整體結構的不多，經常采用類似的整體壁板，如將尺寸很大的一塊塊壁板組合成飛機的結構。

另外，還有一種結構形式稱為“蜂窩結構”。首先用非金屬或金屬材料制成蜂窩格子形狀，再在上下表面“粘”上兩塊板材，組成一個完整的結構。這種結構形式目前主要用于受力相對小的舵面、艙門、口蓋等部位。

二、機體材料

現代作戰飛機主要用合金等制成，受力大的局部部位用合金鋼。近一二十年新材料不斷出現，主要有鋁鋰合金、鈦合金、碳纖維或玻璃纖維復合材料等（表2-1）。

（1）鋁鋰合金 這種合金比常用的鋁合金輕10%，而硬度更大。歐洲戰斗機“臺風”用其制造飛機的主要鍛件和機翼的主框架。

（2）鈦合金 其密度是鋁合金的1.7倍，但強度很大，尤其是耐高溫、抗疲勞方面比鋁合金好得多，在通常飛機使用條件下不會發生腐蝕。缺點是價格是鋁合金的10～20倍，而且非常難加工。高速作戰飛機使用鈦合金的部件很多，近年來一般戰斗機上使用鈦合金的比例也增加很快，F-22戰斗機使用鈦合金的比例高達39%。

（3）復合材料 現代作戰飛機使用的復合材料是在環氧樹脂的基礎上內埋增強纖維結合而成，具有良好的力學性能和化學防護特性。使用這類材料制成的飛機機體具有極好的單位重量強度和剛度，部件可以直接塑造成各種復雜的形狀。缺點是對破損的敏感性很高，作戰時被炮彈或彈片打中受損后強度大為降低，而且斷裂部位很難修理，作戰生存力較差，復合材料價格也偏高，這些都阻礙了它在機體中被大量采用。

三、起落架

飛機的起落架主要用來保證飛機在地面移動和起飛著陸時滑行，現代飛機的起落架有三種主要形式，分別是前三點、后三點，還有一種稱為“自行車式”（圖2-3、圖2-4）。二戰以前飛機的起落架主要是后三點式，即兩個主輪在重心前，機尾有一個尾輪，在地面停放時機頭上仰。這種方式的起落架對螺旋槳飛機有利，但滑行時安定性不好，起飛降落不容易保持方向，而且容易“拿大頂”，即飛機機尾向前翻過去。

二戰期間出現前三點式起落架的作戰飛機，如美國P-39“空中眼鏡蛇”戰斗機、B-25輕轟炸機等，但并不普遍。這種方式起落架主輪在飛機重心后面，機頭下有前輪。起降滑行時前三點式起落架很容易控制方向，也不會“拿大頂”。但對于螺旋槳飛機，前起落架要很高才能保證螺旋槳不觸地，所以要付出較大的重量代價。二戰以后，對于噴氣式飛機來說，前三點式起落架已占絕大多數。

20世紀50年代中出現另一種起落架方式，兩副主輪前后安裝在機身上，像自行車一樣，剛開始滑行或停放地面時，翼尖還有兩副小輪保持機身、機翼不會側傾觸地。這種自行車式起落架當年很受一些飛機設計師的青睞，不少著名的飛機如美國U-2、B-52和英國的“鷂”式，蘇聯的雅克-25、雅克-28都用這樣的起落架。據稱這種起落架的重量可以輕一些，也便于收起時藏在機身內。但后來發現它在滑行時不好掌握方向，翼尖小輪要收藏在很薄的機翼內也不容易，結構輕的優點并不明顯，所以現在已很少有飛機采用了。

起落架的強度和疲勞試驗稱為“落震試驗”。將一副完整起落架安裝在一個可上下滑動的架子上，上面加上模擬飛機起降時受力大小的重物，將起落架升起一定高度后讓它自由落下撞擊地面。開始投放的高度是根據起落架要求承受多少米/秒的接地速度而計算出來的，每沖擊一次相當于飛機落地一次。落震試驗一般需要進行數千次以上才能給出起落架的“疲勞壽命”。陸基作戰飛機設計接地垂直速度一般是3米/秒，而航空母艦上使用的戰斗機，有的國家規定為7米/秒，所以艦載飛機的起落架比陸地飛機結實，重量也要增加不少。艦載機起飛時起落架的受力情況也比陸地起飛復雜。

四、穩定的飛機結構重量系數

飛機機體結構重量與飛機起飛重量的比值稱為飛機結構重量系數。二戰以來，各種飛機的結構重量系數值變化不大，比較穩定。例如二戰期間，英國的“噴火Ⅸ”型活塞式戰斗機（1942年生產）的飛機結構重量系數是0.29，美國P-51是0.31，德國Fw190是0.289。而20世紀70年代研制出來的美國噴氣式戰斗機F-16A是0.288，F-15A是0.299，俄羅斯蘇-27是0.285。由此可見，1942年以來，雖然飛機結構設計方法和材料都有了飛快發展，但結構重量系數沒有下降，其主要原因是對飛機的強度要求也增加了。而且現代戰斗機機身密封和增壓的要求也使機身結構重量增加很多，機載設備品種也在不斷增加。同時，新一代戰斗機如有隱身要求，對機體結構重量也會產生不小的影響，因為反雷達涂層（也稱吸波涂層）一般密度都較大，每噴涂1平方米面積，飛機增重1～1.5千克。總之，在未來十年期間，作戰飛機結構重量系數估計仍然會保持在0.29～0.31之間。