2013年11月25日 星期一

飛機為什麼有低翼,中翼,高翼呢?

 

機翼位置與機身的相對關係可以大致區分為所謂低翼(Low Wing)與高翼(High Wing)。低翼類也有低到在機身之下的,高翼類也有高到在機身之上的。其實低翼與高翼只是為了不同的任務設計的,並沒有所謂那一類絕對優於另一類的事實存在。以下且從幾個領域來看看高翼機與低翼機被採用的狀況。
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飛機機翼與機身相對位置圖(從左到右依序為「低翼機」、「中翼機」、「肩翼機」、「高翼機」。前二者被推類為低翼機,後二者被歸類為高翼機。

私人載客的小型飛機

這一類採用高翼與低翼設計的都很普遍,而且大多數是單引擎飛機,但是到了噴設計時代,幾乎所有的飛機都採用低翼設計。

採用高翼的設計,機身不需容納連接翼樑(Spar)的介面,因此機身地板是平的,上下飛機容易。而且起落架放置在機翼,增加了機腹的空間。降落時高翼機的機翼離地面遠,對於非職業駕駛員而言比較容易。當然駕駛員與乘客的視野也不會受到機翼的阻隔。

採用低翼設計的私人載客飛機也有它的優勢,機翼離地面近。飛行前駕駛員檢查襟翼、副翼等控制介面比較容易。

但是雙引擎噴射機,則全部都是高翼設計,10大最暢銷私人載客噴射機,全部都採用低翼設計。可見在私人載客飛機領域,高翼設計已經成為歷史。

區間短程飛行的小型商業客機

採用高翼的有法國的ATR-72系列(雙螺旋槳引擎)、荷蘭的Fokker-50系列(雙螺旋槳引擎)、加拿大的Dash-8、英國的BAE-146(4噴射引擎)等。現代化的雙噴射引擎區間小型商業客機,除了已經停止生產的BAE-146以外,都是低翼機。
基本上在流體力學(Aerodynamics)與飛機的操控方面,高翼與低翼設計各有擅長,無所謂絕對優勢與劣勢。從事區間短程飛行的商業客機的主要設計考慮,是在有限的機艙體積內,安排最多的客座。如果採用低翼設計,原本可以放置座位的空間會被翼樑與起落架佔用。這就是為什麼高翼的區間短程客機,放置行李的艙頂行李櫃(Overhead Bin)非常狹小的原因,因為被高翼的翼樑佔用了部分空間。搭過復興航空ATR-72螺旋槳高翼機的乘客都記得,其艙頂行李艙容不下一個登機箱。

商業飛行的客機與貨機

例如波音系列與空巴系列機種,大多數都不採用高翼。主要原因有二:第一、噴射引擎維護、加油作業,以及起飛前機翼檢查都比高翼有效率。第二、引擎懸掛於高翼造成客艙的噪音比低翼為大。

軍用的運輸機

許多軍用運輸機採用高翼。例如:美國的C-119、C-130、C-114、C-17、C-5A;俄羅斯的An-22、An-225、IL-76。這些軍用運輸機有的是螺旋槳引擎,也有的是噴射引擎。它們所以採用高翼設計的原因,是要適應起飛與降落場地的品質。並避免所謂的地面效果(Ground Effect)所導致的阻力。

軍用運輸機因為任務需要,會被要求在不夠平整的跑道起飛降落。如果採用高翼設計的話,可以避免被機場揚起的異物擊中,或者因入引擎造成所謂「異物損害」(Foreign Object Damage)。另外一個原因是便於設備與物資的裝卸,高翼的設計,機身四周都可以運用,機首、或機尾都可以打開將軍用車輛直接駛入駛出。

附註:
BAE-164 從1983年首飛,到2001年停產,總共生產了378架。全球有大約有50家航空公司先後採用各型衍生機種。整個而言還算成功,但最後停產的原因不是採用高翼設計,而是引擎維護費用太貴。很少有短程區間客機使用4個渦輪噴射引擎的,主要原因是因為引擎推力小噪音小,對於噪音敏感的美國市場本來很有吸引力。但是因為四具引擎,維修費用太高。而美國的B737區間客機又便宜維護成本又低,結果最有短程區間市場潛力的美國一架也沒有買,註定了失敗的命運。



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