飛機在進(jìn)行靜力試驗時(shí)，被“五花大綁”固定起來(lái)。其中，機翼部分會(huì )根據試驗設計要求被鋼纜吊著(zhù)上下擺動(dòng)。(周逸云/繪)

　　前段時(shí)間，有一張A350XWB機翼靜力試驗的動(dòng)圖（GIF圖），在微信朋友圈、微博、知乎等平臺上廣為流傳。圖中的飛機被五花大綁著(zhù)，而機翼部分被多條鋼纜吊起來(lái)，像小鳥(niǎo)揮舞翅膀一樣上下擺動(dòng)，其彎曲變形幅度之大令人驚嘆，讓人不禁要問(wèn)：飛機機翼到底能彎曲到什么程度？

　　“塑料”飛機為“逆天”變形提供可能

　　我們可以先用手邊的工具做一個(gè)比較簡(jiǎn)單的模擬。比如你手里拿了一把30厘米刻度的塑料直尺，首先將直尺的一端固定，然后用手把直尺另一端向上提升。這把直尺能夠彎曲的程度就是看沒(méi)有被固定的一端被提起的高度。那么，飛機機翼能彎曲到什么程度呢？這里有一組直觀(guān)的數據。A350XWB機翼翼展為64.75米，翼尖最大向上彎曲約5.2米。被稱(chēng)為夢(mèng)想客機的波音787機翼翼展為60.1米，翼尖最大向上彎曲達到7.9米�？梢�(jiàn)上述兩款最新機型特別是波音787飛機的機翼彎曲程度堪稱(chēng)“逆天”，隨之而來(lái)的疑問(wèn)是：如此大的變形是如何實(shí)現的？

　　材料是最主要的因素之一。如果仍以直尺作一個(gè)不太恰當的比喻，同樣長(cháng)度的兩把直尺，一把是塑料的，一把是鋼的，給它們施加同樣的力去提升，所能夠達到的程度肯定是不一樣的。對于當前的飛機制造來(lái)說(shuō)，復合材料用量是衡量一款飛機先進(jìn)性的主要標志之一。而A350XWB和波音787飛機的復合材料用量均高達50%，高比例的復合材料用量讓這兩款飛機被冠以“塑料飛機”的美譽(yù)。不僅如此，在其復合材料使用中，為飛機提供升力的機翼主結構采用了復合材料設計，這為機翼的“逆天”彎曲變形提供了可能。

　　復合材料究竟有什么“魔力”能讓機翼出現如此大的彎曲？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是因為復合材料具有較高的比強度、比剛度。當它用作大展弦比機翼材料時(shí)，在滿(mǎn)足強度要求、氣動(dòng)要求的前提下，綜合考慮氣動(dòng)彈性和減重性能，可以使復合材料機翼比常規材料機翼變形劇烈。因此復合材料機翼是現階段實(shí)現上述“逆天”變形的前提條件。

　　變形有好處也有麻煩

　　機翼較大彎曲變形對飛機有什么影響呢？最直接的影響就是飛機的氣動(dòng)性能了。如果設計師在此基礎上進(jìn)行針對性設計，可實(shí)現更高速、更環(huán)保、更高效、更節儉的目的。波音787在此基礎上采用了前瞻性的空氣動(dòng)力技術(shù)，比如可變翼腔技術(shù)、層流型短艙技術(shù)、平滑機翼技術(shù)等。這些技術(shù)讓飛機在巡航飛行中，能夠持續優(yōu)化翼型和效率，從而降低油耗和成本。在空客官網(wǎng)對A350介紹中也提到：“A350XWB飛機采用了最新的氣動(dòng)外形、最好的設計理念和最先進(jìn)的技術(shù)，燃油效率較同級別遠程競爭機型提高了25%�！�

　　不過(guò)，必須承認的是，機翼較大的彎曲變形為某些功能性設計帶來(lái)不便，比如密封設計、管路布線(xiàn)、機構協(xié)調等。這是因為機翼彎曲變形會(huì )放大結構間隙，對密封結構構型、密封材料選擇等提出了更高要求。同樣，內部管路布線(xiàn)和機構協(xié)調要考慮機翼彎曲變形程度，保證在機翼彎曲變形時(shí)能夠滿(mǎn)足功能性要求。

　　安全性能優(yōu)先保障

　　對飛機而言，安全性是永恒的主題，當看到機翼“逆天”彎曲變形之后，不少人會(huì )對飛機的安全性提出質(zhì)疑，會(huì )擔心這樣會(huì )不會(huì )把機翼折斷。對此也不必過(guò)于擔憂(yōu)。

　　飛機在設計時(shí)是按照極限載荷設計的，而所謂極限載荷是飛機在使用壽命期間所承受的最大載荷放大1.5倍得到的，并留有一定的安全裕度。事實(shí)上，每一型飛機在交付之前都經(jīng)過(guò)了整機的靜力和疲勞損傷容限試驗驗證，而試驗所用載荷也為極限載荷。不僅如此，在驗證過(guò)程中還綜合考慮了飛機遇到的各種載荷工況。因此在如此嚴苛的設計和試驗驗證前提下，飛機的安全性是毋庸置疑的。

　　此外，文章開(kāi)頭所描述的“逆天”彎曲變形在乘客乘坐飛機飛行過(guò)程中并不會(huì )出現，僅存在于試驗環(huán)節。綜合飛機遇到的各種機動(dòng)飛行動(dòng)作和氣動(dòng)載荷，機翼受到最嚴重的向上載荷工況為2.5g正過(guò)載（即飛機升力為重力加速度的2.5倍），此時(shí)飛機會(huì )產(chǎn)生服役過(guò)程中的最大彎曲變形。上文我們提到，試驗載荷為極限載荷，對應最嚴重向上載荷工況（2.5g過(guò)載）的1.5倍，此時(shí)飛機機翼會(huì )產(chǎn)生“逆天”彎曲變形。因此已經(jīng)交給航空公司運營(yíng)的飛機在日常情況下，其機翼最大彎曲變形比試驗載荷下的變形要小得多。飛機受到最大向上載荷，需要同時(shí)滿(mǎn)足飛機以最大商載、最大起飛重量起飛，特定的飛機速度，并且遇到連續突風(fēng)等嚴酷的自然環(huán)境狀況等一系列條件才能出現，并不是飛機飛行過(guò)程中的常態(tài)。但即使偶有發(fā)生，經(jīng)過(guò)了上述極限載荷的試驗驗證，你還擔心機翼會(huì )折斷嗎？

　　了解了這些，下次再乘坐飛機時(shí)，靠窗而坐，看著(zhù)窗外穿梭于云海中的機翼在空中劃著(zhù)優(yōu)美的弧線(xiàn)，在領(lǐng)略大自然鬼斧神工的同時(shí)，你是否也會(huì )感嘆一下飛機設計師們別具匠心的魅力？