波纹蒙皮

呈波纹状截面的蒙皮结构

波纹蒙皮是呈波纹状截面的蒙皮结构。

飞机蒙皮

飞机蒙皮是指包围在飞机骨架结构外且用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成飞机气动力外形的维形构件。飞机蒙皮与骨架所构成的蒙皮结构具有较大承载力及刚度，而自重却很轻，起到承受和传递气动载荷的作用。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。

早期低速飞机的蒙皮是布质的，即用纺织品包裹在木质或金属框架上，并在此基础上涂覆一层不透水、不透气的薄膜以满足飞行的需要。随着飞机飞行速度、飞行高度及自身重量的增加，金属蒙皮完全取代了布质蒙皮。常规飞机的蒙皮材料主要采用高强铝、镁合金，某些高性能飞机采用钛合金或复合材料。

现代飞机的蒙皮广泛使用硬铝、超硬铝，有些飞行马赫数约为2.5的高超声速飞机使用钛合金；有些飞行马赫数约为3的飞机使用不锈钢蒙皮。夹层蒙皮由上、下两块面板和中间芯材组成，芯材有蜂窝夹芯、泡沫塑料、波纹板等。复合材料蒙皮(或壁板)由于其特殊的优异性能，被广泛地用于第四代战斗机和近些年来设计的飞机的翼面结构上。

历史背景

二十世纪二三十年代，在人类航空史上，正处于民航事业起步、创记录飞行此起彼伏和飞机结构开始趋向单翼布局以及全金属化的“黄金时代”。于是出现了一种巧合：波纹金属蒙皮似乎与当时那些时髦的运输机结下了不解之缘。

当时，美国的汽车大王亨利福特的产业因发明推广了所谓的“大众化轿车”而与日中天。但他并不满足于地上跑的，他还想着天上飞的。因为福特早已预感到刚刚兴起的民航业必将导致运输机的大发展，而且他更看好航空运输终究会大量替代地面运输的光辉前景。于是毅然收购了威廉.B.斯托特先生在经营上正陷入困境的“金属飞行公司”，并以此为基础，在底特律创办了完全属于自己的福特飞机公司。

福特飞机公司的处女作是福特4-AT 型三发动机客机。该机由美国最早的全金属客机、斯托特的2-AT 单发小客机改装而来，4-AT 飞机在左右机翼下的悬空吊舱中各增加一台 200 马力的星形空冷活塞式发动机，并将前部的驾驶舱从半敞开式改为封闭式，使之成为一架很不错的运输机。“三发”的成功，在很大程度上得益于它合理的气动布局和构造，其中重要的一点是采用了当时在运输机上较为流行的“波纹蒙皮”。

波纹蒙皮的始作俑者，应该是德国人胡戈容克斯，作为一名飞机设计师，他第一个提倡飞机的一体化设计；第一个造出了全金属飞机；也第一个提出了波纹蒙皮的概念。

当时，飞机的蒙皮刚刚尝试用薄铝板来替代传统的布料，容克斯博士设想用一种呈波纹状截面的薄铝板来代替普通的铝合金平板，旨在进一步增加它的强度。1918 年，第一次世界大战刚刚结束，在他研制的世界上第一种下单翼布局的全金属敞蓬式双座战斗机上已经率先采用了这种独特的蒙皮。1919 年，另一种称作 J. 9 的试制型单座单翼战斗机也作出了同样的选择，可惜由于当时发动机功率偏低，作为一架结构相对较重的作战飞机，还不足以满足其必要的推力要求，因此未能投产。

经试验表明，当波纹蒙皮上无数的细微凹槽顺飞行方向铺设时，在大幅提高机体表面强度之同时，相对飞行阻力最小。而当凹槽走向与飞行方向相互垂直时，虽然机翼蒙皮可以有效抑制因升力引起的沿翼展方向的机翼上跷变形，但由此产生的飞行阻力可能令人难以接受。所以，波纹蒙皮无论用在机身上还是用在机翼上，几乎都采用顺气流铺设的做法。波纹蒙皮其实有点象我们铺房顶用的那种瓦楞板，在某些方向抗变形能力很强，有较好的比强度，所以在当时的好些飞机型号上得到了成功应用。

使用和发展

航空器上的波纹铝蒙皮给人最初的感觉就是坚固耐用，实际上也的确如此对于一向以严谨著称的德国人，波纹铝更能让他们感受到强烈的工业气息，这一点是和过去木材加帆布制成的飞机截然不同的。容克公司对波纹铝钟爱有加，其后来推出的12座三发客机G24 (1923年)、16座三发客机G31(1926年)以及体形巨大的34座四发客机G38(1929年)，都大量使用波纹铝材料作为机体蒙皮。

20世纪二三十年代，是远程水上客机盛行的年代德国道尼尔飞机公司(Dornier)于1930年制成了巨型水上客机Do-X，该机装有12台发动机，冀展47.85米，起飞重量约为52000千克，可运送169名乘客，是当时世界上最大的民航飞机这架“庞然大物”的机冀上表面同样使用了波纹铝蒙皮。

1932年，容克建立的德绍(Dessau)工厂还制造出另外一种大量使用波纹铝蒙皮的经典之作—容克-52

波纹铝蒙皮深深影响了世界飞机制造业1925年，福特汽车公司《Ford Motor Co. )购并了一架飞机公司，开始制造民用飞机按照亨利·福特的想法。新飞机应该采用3台发动机以确保安全，为避免积冰，应采用单冀设计，同时应用金属材料以简化制造，基于这些构想，福特公司生产出了4-A丁民用运输机(A丁代表Air Transport,即航空运输)该机很快被公众昵称为“铁皮鹅”( Tin Goose ) -因为它也采用了波纹金属蒙皮机身L“铁皮鹅”是最早的全金属飞机之一，也是最早的金属民航机该机的金属机身截面为矩形.设置数条纵梁，除了机身，上单冀也采用了波纹铝蒙皮。此后福特公司又陆续推出了改进型7-AT, 9-A丁等三发客机，这些三发客机被统称为Trimotors，迅速成为美国国内航空业选定的机型到1932年，福特公司制造了200架Trimotors，然而尽管福特公司已经是公认的大规模生产的专家，公司依然没能从Trimotors的生产中赚取多少利润。这其中的主要原因是当时全金属飞机的成型和装配技术都尚未成熟福特Trimotor的最大贡献是在于让人们接受了全金属飞机的概念，使人们懂得全金属飞机也能具有良好的安全性就在3年之后.著名的DC-3客机开始投入使用，这种全金属多发单冀机成为第一种盈利的民航客机。

优点

波纹铝的魅力究竟何在？除了外观上给人严整精密的感觉外，实际上采用波纹铝材料蒙皮的飞机都很难拥有一个漂亮的外观。这是因为波纹铝蒙皮在沿飞机纵向安装时，无法形成连续流畅的流线型外表，只能笔直地进行转折和接缝。这样的机体外形势必增加飞行的阻力此外，即便是波纹铝蒙皮的波纹走向完全平行于飞机纵轴方向，波纹蒙皮也会增加摩擦阻力。导致飞行阻力的增大当然对于早期的民航飞机乃至军用运输机，人们追求的更多的是安全性和实用性，对于飞行速度的要求尚在其次，这一点从福特Trimotors上那些未加任何整流罩的硕大发动机上就能看得出来波纹铝的真正价值，在于能够提高蒙皮的强度，波纹铝机身蒙皮可以承载部分结构载荷.大大增强机体结构的坚固性但是波纹铝蒙皮也带来一些问题，波纹铝蒙皮在机身表面的安装和包覆工作并不简单，需要较好的技术水平而且波纹铝的强度和波纹的走向密切相关。一般说来。在沿波纹走向的方向上，波纹铝具有较好的强度，而在波纹走向的垂直方向上，强度会大大降低。

后来的客机越来越重视增加飞机的航程和速度，对于美国DC-3客机的研制人员，这一点就更为重要，因为该机可能需要将乘客从纽约运送到芝加哥这一要求无法完全通过采用更为高效的发动机来实现，必须设法让飞机具有更好的流线型实际士最初DC-3的原型方案DC-1曾计划采用三台发动机，但后来研发人员认为过多的发动机会严重增加飞行限力。此外，发动机必须带有流线型的整流罩，为了减小阻力，波纹铝蒙皮材料自然不宜使用，好在德国工程师阿道夫·洛尔巴赫已经发明了新的机翼结构方式—在肋骨/纵梁构成的机翼框架上覆盖拉伸铝板构成盒式结构。试验表明这样的机翼具备良好的强度，外形也比较光滑，阻力教小。DC-3的机翼就成功经受住了重压的考验，试验人员用压路机成功碾过了机翼。

现在使用情况

今天在飞机蒙皮仍然能够看到一些波纹材料。美国高空高速侦察机SR -71“黑鸟”的主冀内侧蒙皮就是波纹材料。然而，这些波纹材料已经不是单纯为了提高强度而设置，它们的功用更像是罐头和水壶底部那些褶皱。由于“黑鸟”需要高速飞行，因此机体势必经受极高的温度，高热会导致蒙皮膨胀，这可能造成蒙皮撕裂或卷曲。而波纹材料构成的褶皱蒙皮能够在高热环境中沿垂直波纹的方向伸展.避免应力造成破坏，同时波纹材料也能增强纵向强度。有趣的是，由于波纹材料会造成飞行阻力的增加，因此有的空气动力学专家指责“黑鸟”的设计人员是在试图让一架80多年前的福特“铁皮鹅”飞到三马赫的高速度。

随着新材料的不断出现和应用，波纹铝在飞机蒙皮上已经找不到更多的存身之处.但是我们不应该忘记，正是波纹铝帮助人类接受了全金属飞机的概念，历史的天空中，那些身着“灯芯绒”外套的经典身影，永远不会消失。

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