[科普中國(guó)]-懸臂翼

懸臂結(jié)構(gòu)

懸臂是剛性的結(jié)構(gòu)元件，例如梁或板，僅在其一端錨固到（通常是垂直的）支撐件的一端，該支撐件突出，這也可以是垂直連接到平坦的垂直表面，例如墻壁。 懸臂也可以用桁架或板材構(gòu)造。 當(dāng)受到結(jié)構(gòu)負(fù)載時(shí)，懸臂將負(fù)載承載到支撐件上，在該位置承受力矩和剪切應(yīng)力。

懸臂結(jié)構(gòu)允許懸掛結(jié)構(gòu)沒(méi)有外部支撐，與在兩端支撐的結(jié)構(gòu)相比，施加在支撐之間的載荷，例如在柱和楣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的簡(jiǎn)單支撐梁。2

橋梁、塔、建筑中的懸臂結(jié)構(gòu)懸臂在建筑中廣泛使用，特別是在懸臂橋和陽(yáng)臺(tái)中。在懸臂式橋梁中，懸臂通常建成成對(duì)，每個(gè)懸臂用于支撐中心部分的一端。蘇格蘭第四橋是懸臂桁架橋的一個(gè)例子。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的懸臂被稱(chēng)為碼頭。在美國(guó)南部，歷史悠久的谷倉(cāng)類(lèi)型是建筑物的懸臂谷倉(cāng)。

臨時(shí)懸臂通常用于施工。部分構(gòu)造的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生懸臂，但是完成的結(jié)構(gòu)不作為懸臂。當(dāng)建立臨時(shí)支持或者腳手架（例如，在繁忙的道路或河流，或者是深谷）時(shí)，不能使用它來(lái)支持結(jié)構(gòu)，這是非常有幫助的。因此，一些桁架拱橋從每側(cè)建成懸臂，直到跨越到達(dá)彼此，然后將其分開(kāi)，以在最終加入之前壓縮它們。幾乎所有的斜拉橋都是使用懸臂式建造的，因?yàn)檫@是其主要優(yōu)點(diǎn)之一。許多箱梁橋梁是分段建造的，也可以是短片。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)適用于平衡的懸臂結(jié)構(gòu)，其中橋從單個(gè)支撐件沿兩個(gè)方向構(gòu)建。

這些結(jié)構(gòu)高度基于扭矩和旋轉(zhuǎn)平衡。

在建筑應(yīng)用中，弗蘭克·勞埃德·賴(lài)特的落水使用懸臂來(lái)投射大陽(yáng)臺(tái)。在利茲的埃蘭路體育場(chǎng)的東站在完成后，是世界上最大的懸臂架，擁有17,000名觀眾。在舊特拉福德足球場(chǎng)的建筑物上建造的屋頂使用懸臂，以免任何支撐物將阻擋該場(chǎng)的意見(jiàn)。舊的，現(xiàn)在拆除的邁阿密體育場(chǎng)在觀眾區(qū)域有類(lèi)似的屋頂。歐洲最大的懸臂式屋頂位于Newcastle-Upon-Tyne的圣詹姆斯公園，紐卡斯?fàn)柭?lián)合國(guó)家體育場(chǎng)。

懸臂的不太明顯的例子是沒(méi)有家用電線(xiàn)的獨(dú)立式（垂直）無(wú)線(xiàn)電塔，煙囪抵抗在其基地的懸臂式作用下被風(fēng)吹過(guò)。3

飛機(jī)中的懸臂結(jié)構(gòu)（懸臂翼）懸臂的另一個(gè)用途是固定翼飛機(jī)設(shè)計(jì)，于1915年由雨果·杰克斯（Hugo Junkers）率先提出。早期的飛機(jī)機(jī)翼通常使用兩根（或更多）翼，通過(guò)支撐著電線(xiàn)和支柱的雙翼平面配置。他們類(lèi)似于桁架橋梁，由橋梁工程師Octave Chanute開(kāi)發(fā)。機(jī)翼用交叉的電線(xiàn)支撐，以便它們保持平行，以及從前到后以抵抗扭轉(zhuǎn)，在相鄰支柱錨固件之間對(duì)角運(yùn)行。電纜和支柱產(chǎn)生相當(dāng)大的阻力，并且有不斷的實(shí)驗(yàn)來(lái)消除它們。

同時(shí)也希望建造一架單翼飛機(jī)，因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)翼周?chē)臍饬髟陔p翼飛機(jī)的機(jī)身設(shè)計(jì)中對(duì)另一個(gè)機(jī)翼造成負(fù)面影響。早期的單機(jī)使用支柱（如現(xiàn)在的一些輕型飛機(jī)），還是電纜，如1909 Bleriot XI（和現(xiàn)代家用飛機(jī)一樣）。使用支柱或電纜的優(yōu)點(diǎn)是減輕給定強(qiáng)度的重量，但是會(huì)帶來(lái)額外的阻力。這降低了最大速度，并增加了燃油消耗。

雨果杰克斯努力消除幾乎所有主要的外部支撐部分，僅在十六年后，萊特兄弟的最初的航班，減少飛機(jī)上的機(jī)身阻力，結(jié)果是Junkers J 1開(kāi)創(chuàng)全金屬單翼飛機(jī)，從1915年底開(kāi)始設(shè)計(jì)從全金屬懸臂翼板開(kāi)始。 Fokker V.1的最初成功大約一年后，F(xiàn)okker的Reinhold Platz也取得了成功，采用懸臂翼式的sesquiplane，而不是用木制的材料Fokker V.1。4

最常見(jiàn)的機(jī)翼設(shè)計(jì)是懸臂。稱(chēng)為主翼梁的單個(gè)大梁，穿過(guò)機(jī)翼，通常在總弦的約25%處通常靠近前緣。在飛行中，機(jī)翼產(chǎn)生升降機(jī)，翼翼設(shè)計(jì)成將該載荷通過(guò)機(jī)身運(yùn)載到另一翼。為了防止前后運(yùn)動(dòng)，機(jī)翼通常將配備有更靠近后緣的第二個(gè)較小的拖曳梁，用結(jié)構(gòu)元件或應(yīng)力皮膚綁在主翼梁上。機(jī)翼還必須抵抗扭轉(zhuǎn)力，通過(guò)形成前緣的單體“D”型管結(jié)構(gòu)，或通過(guò)上述連接兩種翼梁以某種形式的箱梁或格子梁結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

懸臂翼需要比纜索式設(shè)計(jì)中所需要的重的翼梁。然而，隨著飛機(jī)的尺寸增加，附加的重量減輕。最終在20世紀(jì)20年代越過(guò)了一條線(xiàn)，設(shè)計(jì)越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向懸臂設(shè)計(jì)。到20世紀(jì)40年代，幾乎所有較大的飛機(jī)都使用懸臂，即使在較小的表面上，如水平穩(wěn)定器，1939-41年的Messerschmitt Bf 109E是前線(xiàn)服役的最后一次二戰(zhàn)戰(zhàn)機(jī)之一，為其穩(wěn)定器提供支撐支柱。5