大航海時代后人類征服了海洋，但是頭頂上的天空仍然是我們的禁區(qū)。人類曾發(fā)明了不少飛天裝置，14世紀，中國人萬戶就坐著自制火箭飛了上天，18世紀的法國人發(fā)明了熱氣球，19世紀的英國人發(fā)明了滑翔機，人類摸到了“飛機”的門檻。
滑翔機是劃時代的發(fā)明，因為飛機其實就是加上發(fā)動機的滑翔機。
滑翔機的發(fā)明者是“空氣動力學”之父喬治·凱利爵士，他把滑翔機的機翼剖面設計成“上凸下平”的不規(guī)則水滴狀，在高速運動時會空氣會產(chǎn)生壓力差，進而產(chǎn)生升力，讓這個龐然大物飛起來。
萊特兄弟在1903年給滑翔機裝上發(fā)動機，但因為早期的內(nèi)燃機功率有限，基本在100馬力上下，所以“前活塞時代”的飛機非常簡陋。飛機身最大的重量來自發(fā)動機，整個機身用木材組裝，外面蒙上帆布，機翼分上下兩層甚至三層來增加升力。當時的飛機飛起來輕飄飄的，感覺是“浮”在空中，而不是飛行。
“前活塞時代”的機翼就是一個裹著帆布的架子，機翼幾乎無法承載任何重量，一戰(zhàn)時的飛行員曾出現(xiàn)過因為機翼的帆布和木料老化破損，導致飛機半空失衡墜落的慘劇。
20世紀是人類科技突飛猛進的時期，發(fā)動機技術5年一個換代。到了二戰(zhàn)前后，主流的英、美、德、蘇、日等國等能制造性能優(yōu)異的“星型發(fā)動機”，讓飛機的動力提升了數(shù)倍，載荷變大后，飛機開始全面金屬化，機翼的強度大大增加。
進入第二次世界大戰(zhàn)時，飛機發(fā)動機已經(jīng)“鳥槍換炮”。美國當時生產(chǎn)的星型發(fā)動機“r3350”已經(jīng)達到3700馬力，是一戰(zhàn)飛機發(fā)動機的30多倍。設計師們已經(jīng)專注于增加飛機的強度，而不是只操心超重問題。
二戰(zhàn)的飛機的機翼設計已經(jīng)有現(xiàn)代飛機的雛形，其內(nèi)部有金屬制造的板條、肋條、緣條，外面蒙著金屬蒙皮。二戰(zhàn)的飛機已經(jīng)實現(xiàn)不銹鋼架構+鋁合金蒙皮，用鉚釘固定防止抖動，這個強度已經(jīng)不僅能讓幾噸重的飛機飛起來，還能支撐機槍、炸彈、油箱以及其他掛件。
在機翼強度問題解決后，一些追求載荷大型飛機開始把發(fā)動機裝在機翼下方。因為它們需要多個發(fā)動機提供動力，飛機身上除了機翼之外沒有更好的選項。飛機要保證穩(wěn)定，首先要保證機翼上方?jīng)]有異物擾流，所以當時的發(fā)動機只好掛在機翼下方。
很多人疑惑的是：把碩大的發(fā)動機裝在機翼上，就算機翼很硬，長時間下去就不怕機翼被壓彎嗎？在高空快速飛行那么危險的情況下，發(fā)動機會不會給機翼造成負擔呢？
答案是不會，首先機翼的金屬結構已經(jīng)非常穩(wěn)固了，戰(zhàn)斗機的機翼被子彈多次擊穿都不會崩潰，這個強度足以支撐掛重。其次是飛機的飛行原理決定發(fā)動機不會造成機翼的負擔，機翼的升力是來自于它“上凸下平”的不規(guī)則形狀，讓下方的空氣產(chǎn)生升力，把機翼“托起來”。
飛機飛行時速度越快，機翼下方受到的升力就越大，飛機機翼在高速飛行中甚至會略微向上翹起。在這個情況下，往飛機下面掛重物不僅不會壓彎它，還會減小機翼的受力，減少它在高速下的形變，其實有益無害。
在二戰(zhàn)后期，德國發(fā)明了噴氣式飛機me262，盟軍各國在戰(zhàn)后得到德國科研成果后紛紛制造噴氣式發(fā)動機，“活塞時代”宣告結束?，F(xiàn)代大型噴氣飛機的機翼比以前更加復雜，它下面掛著發(fā)動機，內(nèi)部居然還有油箱。
21世紀噴氣式飛機的材料比以前更加堅固，內(nèi)部結構有不銹鋼、鈦合金、鋁合金和碳纖維等等，這些材料重量輕、強度高、韌度也高，發(fā)生形變也不會散架。除了戰(zhàn)斗機把油箱放在機身之外，全世界幾乎所有的客運飛機和軍用飛機都采用大尺寸渦輪發(fā)動機，發(fā)動機和油箱都裝在機翼上。
發(fā)動機裝在機翼上的好處上文已經(jīng)提過，但把油料裝在機翼里，這個冷知識可能沒幾個人知道。其實這樣的設計已經(jīng)保持了半個多世紀，這種結構有提高飛機的安全性和操縱性。
機翼油箱能保持飛機的平穩(wěn)性和安全性。大型飛機對配重非常敏感，載客和運貨都要考量重量對稱問題。大型飛機在機翼上的油箱起了分擔重量的作用，還能騰出機身空間去拉貨。在飛行中，機翼重量變化不會影響飛機機身的重心，能讓飛機更穩(wěn)定。
其次，飛機的發(fā)動機大多都在機翼下方，油箱和發(fā)動機在一起，就不用設計通過機身的輸油管道，讓機身內(nèi)部更加安全。發(fā)動機的位置離地面很近，地勤在維修保養(yǎng)的時候也更方便。
參考資料：
1、《噴氣式飛機：飛得更高更快》佚名
2、《某通用飛機機翼結構設計簡介》馬清
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