“上單翼飛機(jī)”和“下單翼飛機(jī)”

（殲-20）

（蘇-57）

（俄羅斯“勇士”飛行表演隊(duì)）

在2024年的珠海航展中，高難度的花式飛行表演令人驚嘆，我們國(guó)產(chǎn)的大型飛機(jī)也大放異彩，獲得了國(guó)內(nèi)外參展游客的關(guān)注。航展期間在針對(duì)大型飛機(jī)的討論中我們時(shí)常會(huì)聽(tīng)到"上單翼飛機(jī)、下單翼飛機(jī)"等專業(yè)名詞，那么它們分別是什么，又有什么樣的區(qū)別呢？一起來(lái)了解一下吧。

（運(yùn)-20）

（國(guó)產(chǎn)商飛C919）

通過(guò)上面兩張圖片同學(xué)們能看出兩種飛機(jī)的機(jī)翼布局有什么區(qū)別嗎？沒(méi)錯(cuò)他們的機(jī)翼的垂直方向的安裝位置有著明顯的差異。圖一是我們的國(guó)產(chǎn)大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20，代號(hào)“鯤鵬”（采用上單翼）。而圖二呢是我國(guó)自主研發(fā)的民航客機(jī)C919（采用下單翼）。這種機(jī)翼布局的差異往往體現(xiàn)在“運(yùn)輸機(jī)”與“民航客機(jī)”之間。可又是什么因素導(dǎo)致了這樣的差異呢？

首先我們從圖片中不難看出，隨著機(jī)翼安裝高度的不同，其發(fā)動(dòng)機(jī)的高度也存在著差異，那么我們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的關(guān)鍵也就是“發(fā)動(dòng)機(jī)的高度”。發(fā)動(dòng)機(jī)是固定翼飛機(jī)的“心臟”，所以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行是很重要的，那么抬高發(fā)動(dòng)機(jī)的位置就有利于避免飛機(jī)在起飛降落的滑跑階段因吸入來(lái)自地面的異物而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。

大型運(yùn)輸機(jī)，尤其是軍用運(yùn)輸機(jī)，往往需要考慮到出勤時(shí)是否有正規(guī)的跑道進(jìn)行起降，甚至必要時(shí)需要在非鋪裝道路上或更為苛刻的條件下進(jìn)行短距起降，那么抬高發(fā)動(dòng)機(jī)便可有效避免這些危險(xiǎn)發(fā)生。

而針對(duì)上述提到的特殊起飛環(huán)境，民航客機(jī)就大可不用考慮這些，首先一般的民航機(jī)場(chǎng)中的地勤保障人員或者清潔人員會(huì)排除掉入垃圾、小鳥(niǎo)等可能被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的東西，另外民用機(jī)場(chǎng)的跑道也會(huì)定期維護(hù)來(lái)保持跑道的平整以及地面導(dǎo)引設(shè)備的正常運(yùn)行。

（商飛C919駕駛艙）

其次還有一個(gè)至關(guān)重要的因素是根據(jù)飛機(jī)的功能與結(jié)構(gòu)決定的。我們知道“機(jī)翼”，是升力產(chǎn)生的主要來(lái)源，機(jī)翼產(chǎn)生升力而后帶著機(jī)身進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，那么機(jī)翼與機(jī)身之間的連接件勢(shì)必會(huì)承受很大的應(yīng)力，包括但不限于剪切力和滾轉(zhuǎn)力矩。所以設(shè)計(jì)師通常會(huì)在機(jī)身內(nèi)設(shè)置一個(gè)“中央翼盒”來(lái)將機(jī)翼與機(jī)身的連接件集中布置在一起。但代價(jià)是“中央翼盒”必定會(huì)占用一部分機(jī)身內(nèi)的空間。客機(jī)主要運(yùn)輸?shù)膶?duì)象是旅客以及行李這種體積小的“運(yùn)輸物”，通常會(huì)把中央翼盒放在客艙甲板的下一層，如此一來(lái)有兩個(gè)好處，一是起落架可以與中央翼盒共用一套支撐機(jī)身的結(jié)構(gòu)以達(dá)到更好的整體性。二是由翼盒隔出來(lái)的前后空間正好實(shí)現(xiàn)了貨艙分區(qū)的需要。（如下圖所示）

早期的運(yùn)輸機(jī)往往運(yùn)輸?shù)氖禽p型“物資”，所以也是采用下單翼的布局，但隨著我們對(duì)運(yùn)輸效率以及運(yùn)輸物品體積的需求日漸增長(zhǎng)，現(xiàn)代運(yùn)輸物已經(jīng)從之前的人員、食物、藥品……變?yōu)榱颂箍耍?chē)，飛機(jī)等大型貨物。那么一個(gè)離地面較近（方便裝卸貨物），以及平坦的貨艙甲板顯得尤為重要。于是設(shè)計(jì)師選擇采用上單翼的布局，這樣可以有效避免中央翼盒侵占貨艙的容量。（如下圖所示）

（運(yùn)-20 貨艙甲板）

相反地，在這樣的機(jī)翼布局下，處在機(jī)腹的起落架和上面的中央翼盒只能做單獨(dú)額外的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。最后通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)師為了滿足結(jié)構(gòu)與用途的需要，采用了上下兩種布置“中央翼盒”的方式，而翼盒的位置又直接決定了我們機(jī)翼的位置。這才有了我們一開(kāi)始所討論的機(jī)翼位置的差異化。

課外思考題：為什么上單翼飛機(jī)往往都是下反角，而下單翼飛機(jī)卻以上反角居多呢？

供稿單位：重慶市兩江三樂(lè)青少年科學(xué)教育研究中心
圖/文：重慶市兩江三樂(lè)青少年科學(xué)教育研究中心
審核專家：西北工業(yè)大學(xué) 郭慶副教授
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來(lái)源: 重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)

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