2023年4月18日发(作者：3355b)科普小知识：全面了解飞机结构——机翼
我们都玩过纸飞机，纸飞机就是薄薄的一片机翼，那么为什么民航客机的机翼不是薄薄的一片
呢？首先，纸飞机的机翼不能够产生升力，只是保证纸飞机自身向前滑翔而已，跟滑翔伞是一
样的。其次，飞机的机翼需要为飞机提供升力、控制水平翻转、储油和悬挂发动机等复杂功
能。战斗机的机翼非常薄，但也不是薄薄的一片，只是相对客机来说很薄，这是因为战斗机飞
行的速度会几倍于音速，所以所涵盖的设计原理与民航客机不太XXxXX电影院
一样，这里我们不讨论了。民
航客机的飞行速度是亚音速，也就是接近于音速，因此我们可以看到飞机的机翼都是我们见到
的这种形状：
我们日常常见的民航客机，包括一些常见的商务型客机的飞机机翼几乎都是这两种形状设计。
飞机的机翼为什么要设计成这种形状和厚度呢？主要目的就是为了让机翼在空中飞行的时候，
将气流切割成上下两个部分，并且让两个部分产生差异。接着我们用一张图来给大家简单问好的句子
的演
示一下机翼是如何产生升力的：
这个原理主要利用的就是压力差，机翼上下表面形状是不对称的，空气沿机翼上表面运动的距
离更长，自然流速更快，根据伯努利定理，速度越快，气压越小，上下表面的压力差就提供了
升力。在低速的时候，飞机的升力原理源自伯努利定律，但是咳克平
随着速度（马赫数）的增加，这
个定律就不再适合了，因此战斗机的机翼设计不是这个样子。
飞机的机翼根据安装的位置，分为安装在机身上部（背部）的上单翼、安装在机身中部的中单
翼和安装在机身下部（腹部）的下单翼三种。目前可以看到大型运输机的机翼多为上单翼，客
机的机翼多为下单翼。
民航客机大多使用下单翼设计
运输机大多使用上单翼设计
下单翼的飞机，由于机翼距离地面很近，所以更加便于安装起落架、进行维护工作。另外，下
单翼的飞机有个问题就是发动机距离地面的距离很近，因此更容易吸入异物，造成发梦见唱歌是什么意思
动机损坏
的问题。但是对于民航客机来说，起飞的民用机场条件都非常优秀，因此也就不用担心异物这
种问题。但是大型的运输机就不同了，一般起飞的条件都比较苛刻，比如战斗前线的机场都是
土路，没有高级的跑道。因此采用了上单翼的设计，这样发动机距离较高，也起到了保护的作
用。（客机也有采用上单翼设计的，运输机也有采用下单翼设计的。）
机翼的承重，主要针对的是材料学和结构学。材料的选择必然很重要，而且是多种层次的，比
如机翼的骨架、蒙皮等等都采用了高比强度或者高比模量的材料。目前飞机的机翼的设计趋势
是采用复合型材料，不过并不是整个机身都可以这样，比如起落架就不可以采用复合材料。
以波音787为例，它的机翼主结构就是采用的碳纤维复合材料设计。结构的形式是双梁单块式，
目前这个结构设计十分主流。前后有两根梁，之间又有很多的翼肋，这样梁和肋就组成了机翼
的内部骨架结构，外侧是蒙皮和壁板设计。在设计初始，设计人员就会将机翼的重量和整个飞
机将会承载的最大重量加入设计和计算中，根据整个最大重量来进行整个机翼的设计和优化，
这样就可以保证飞机的机翼承受如此大的重量。
当然，我们在飞机的飞行过程中总会遇到气流和颠簸，为什么机翼不会破裂或者折断呢？任何
一架新型飞机在投入市场之前，都会进行无数次的测试，测试环节和复杂程度是我们无法想象
的。在测试中，针对颠簸和气流的测试也是重要的一个环节，因此投入市场的飞机，面对小的
气流颠簸是不会有任何影响的。如果遇到大的气流变化，地面气象站或者飞机都会有预警，飞
机可以绕开飞行。另外，一般来说飞机的机翼在设计上也有优化，机翼在一定角度内的弯曲是
没有问题的，还可以承受3个G的颠簸，所以我们日常飞行环境的颠簸是无法对机翼造成损害
的。
早期的飞机，机翼的设计就是一个大直板，而现在我们看到的飞机机翼在末端都是竖起来的，
有的甚至有有一些很好看的造型，难道这些设计就是为了飞机外观上能够很漂亮吗？当然漂亮
是一部分，这些设计叫做翼梢小翼，别看这个小翼，它里面可包含了省钱的大学问。
飞机的平直机翼，机翼的下表面气流由于高压而会流向上表面，在翼尖产生较大的旋涡，档飞
机飞行速度增加，旋涡的强度也会随之增加。这种旋涡的能量很大，但是对于飞机的升力和推
力都没有任何帮助，反而会增加飞机的阻力和燃油消耗。
▲没有翼梢小翼的机翼末端会产生较大的湍流
大家都知道航空燃油是非常昂贵的，增加1%的阻力都会让飞机烧掉不少没有必要花费的钱，因
此人们开始研究解决这个涡流的问题。在上世纪70年代末期，NASA在一家KC-135飞机上安装
了翼梢小翼进行试验，得到的结果是最大飞行高度增加了3.4%，升力系数增大了4.88%，巡航
状态升阻比提高了7.8%，航程增加了7.5%。这充分说明了翼梢小翼的设计是有价值的。
▲有无翼梢小翼的涡流对比
不过在短程的航线上，翼梢小翼的作用就不够明显了，因为它会给飞机带来额外的重量，这些
重量的增加的燃油消耗不能够抵消减少阻力的节油的量。因此在短途的航线客机上，其实可以
不加装翼梢小翼。
几款现在十分常见的翼梢小翼：
▼融合式翼梢小翼
典型客机机型：波音737NG、波音757-200、波音767-300ER、空中客车A320系列、空中客车
A320neo、空中客车A330neo、空中客车A350XWB系列、中国商飞ARJ21、中国商飞C919。
典型客机机型：波音747-400、空中客车A330-200、空中审核凭证
客车A340-300。
典型客机机型：波音737NG和波音737MAX。
典型客机机型：空中客车A319、空中客车A320、空中客车A380。
典型客机机型：波音747-8、波音767-400ER、波音777-200LR、波音777-300ER、波音787系
列。
环式或者成为盒式翼梢小翼目前比较少见，主要在什么是漏斗胸
一些商务飞机上会见到。
