[科普中国]-蜂腰式机身

机身外形

机身的外形和发动机的类型、数目及安装位置有关。例如活塞发动机螺旋桨式飞机的机身，就与喷气式发动机飞机的机身有所不同。

从机身外形来看，不外乎侧面形状和剖面形状两种。侧面形状一般为拉长的流线体。现代飞机的侧面形状受到驾驶舱的很大影响。有的驾驶舱平滑地露于气流之中，有的则埋藏在机身之内，前者多用于中小型飞机，后者多用于大型飞机。

现代超音速战斗机根据跨音速飞行的阻力特点，首先采用了跨音速面积律，即安装机翼部位的机身截面适当缩小，形成蜂腰机身；其次它的机头往往做得很尖，或者在头部用空速管作为激波杆，远远地伸出在迎面气流之中。这也有助于削弱激波的强度，减小波阻；第三是随着速度的不断增长，飞机机身的“长细比”不断增大，即用细而长的旋转体作机身。现代超音速飞机机身的长细比已超过10。所谓长细比即是机身长度与机身剖面的最大直径的比值，这一比值越大，则机身越细越长。而且随着速度的提高，飞机机身相对于机翼尺寸也越来越大。1

跨音速面积律1952年R.T.惠特科姆通过风洞实验发现，当飞行马赫数接近于1时，飞行器的零升波阻力是飞行器横截面积(与飞行方向垂直的截面积)分布的函数，而且近似地等于具有相同横截面积分布的旋成体（称为当量旋成体）的零升波阻力。因此，可根据最小波阻力旋成体的横截面积分布来调整飞行器的横截面积，以获得较小的波阻力。机翼-机身组合体横截面积 A-A与其当量旋成体的对应横截面积 B-B相等。

因为光滑（母线无反曲）旋成体的波阻最小，所以为了降低飞行器跨音速飞行时的零升波阻力，可以修改机身横截面积沿纵轴的分布，例如缩小机翼、尾翼与机身连接区的机身横截面积和增大机翼、尾翼前后方的机身横截面积，形成蜂腰形机身，使飞行器当量旋成体的横截面积分布与最小波阻旋成体的相接近或做到尽量光滑。

美国的YF-102战斗机在1954年试飞时由于跨音速波阻力过大而未超过音速，后来采用了跨音速面积律和其他措施，使其改型机YF-102A于同年试飞时顺利地超过音速。这是世界上第一架采用跨音速面积律的飞机。2

机身受力构件的基本构造现代飞机的机身结构是由纵向元件（沿机身纵轴方向)——长桁、桁梁和垂直于机身纵轴的横向元件——隔框以及蒙皮组合而成。机身结构各元件的功用相应地与机翼结构中的长桁、翼肋、蒙皮的功用基本相同。

隔框作为横向元件的隔框分为普通框和加强框。普通框主要用于维持机身的截面形状，承受蒙皮的局部载荷。一般沿机身周边空气压力为对称分布，此时空气动力在框上自身平衡，不再传到机身别的结构去。普通框一般都为环形框。当机身为圆截面时，普通肋的内力为环向拉应力；当机身截面有局部接近平直段时，则普通框内就会产生弯曲内力。此外，普通框还受到因机身弯曲变形引起的分布压力。普通框还对蒙皮和长桁起支持作用。隔框间距影响长桁的总体稳定性。

加强框除上述作用外，其主要功用是将装载的质量力和其他部件（如机翼、尾翼等)上的载荷，经连接接头传递到机身结构上将集中力加以分散，然后以剪流的形式将力传给机身蒙皮。1

长桁与桁梁长桁作为机身结构的纵向构件，在桁条式机身中主要用来承受机身弯曲引起的轴向力。另外长桁对蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；其次它承受部分作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框，与机翼的长桁相似。桁梁的作用与长桁相似，只是截面积比长桁大。1

蒙皮机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑，所以它承受局部空气动力，在增压密封座舱部位的蒙皮将承受内压载荷，蒙皮将其传递给机身骨架。

蒙皮在机身总体受载中起着很重要的作用。它承受垂直和水平两个平面内的剪力和扭矩；同时它和长桁等一起组成壁板承受垂直和水平两个平面内弯矩引起的轴力。1