飛機的“翼尖”魔法

圖：A320的翼尖小翼

    機翼具有承受最大最強外力的能力在于根部,，并起到連接作用，而機翼前緣和后緣有著改變氣流,，提高升力作用,，那翼尖是不是變得并不重要地存在呢？

    其實,，知道翼尖的人卻比翼根的人要多的多,。曾經小小的翼尖讓波音與空客進行多年的技術競爭，那就慢慢來科普一下吧,。

翼尖.小翼.翼尖小翼

    “翼尖”與“小翼”是兩個不同的概念。

    翼尖,，也可以叫翼梢,，用英語叫wing tip,，就是翅膀的最外沿部分，鳥類的翼尖則指的是翅膀的尖端,。

    小翼是翼尖技術的一種,，而中文已習慣用小翼來指代類似的翼尖技術。為了區(qū)別則使用“翼尖小翼”這個概念更加明白,。翼尖小翼,，又稱作翼尖帆或翼端帆，專業(yè)解讀：通常用于提高固定翼航空器機翼的效率,，也可用來改善航空器的操縱特性,。

    小翼技術看似不簡單哦？則從翼尖渦流與失速現(xiàn)象講起,。

翼尖渦流與失速現(xiàn)象

    因機翼設計與氣動關系,，機翼尖端會形成渦流，增大了飛機的阻力,；翼面的扭轉進而造成的機翼氣動力特性惡化的失速現(xiàn)象,。

    因而，許多飛機安裝翼尖小翼,、翼尖帆片,、翼端渦流發(fā)生器，還有在降落時伸出襟翼,、前緣縫翼,，就是防止空氣在向上運動時發(fā)生螺旋，以此降低失速臨界速度,，增大升力,。

翼尖小翼的作用與特點

    飛機飛行時，機翼下表面壓強高,，上表面壓強低,，因此下表面氣流就會在翼尖處流向上表面，這樣在翼尖處就不斷形成旋渦,，從而產生“誘導阻力”,，阻礙飛機前行。小翼可以部分阻斷機翼翼尖處的上繞氣流,，使旋渦減弱,，從而減小阻力，進而達到節(jié)油的效果,。

    翼尖小翼能顯著減少誘導阻力,，增大升力，可以實現(xiàn)節(jié)油的主要目的,。但安裝小翼本身是要付出重量和自身空氣阻力的代價,，同時成本增加,。相比于優(yōu)化機翼、機體結構和啟動,，更換新世代的引擎,，翼尖小翼對燃油效能的改進是相當有限的。所以一般會考慮超過航程的臨界值來確定安裝翼梢小翼,，實現(xiàn)節(jié)油的目的,。

    對于是否選擇翼尖小翼是整體設計與市場需求結合的結論，為客戶帶來實際效益是空客考慮的重中之重,，而不是為新裝置搞一個更“炫”的造型或者起一個更“炫”的名字,。因此，翼尖小翼只作為機翼上的配件而存在,。

    然而,，還是很想知道曾有多少種翼尖小翼被科學家們誕生出來。

奇妙的翼尖小翼

圖：機翼小翼史圖

    1976年,，曾是美國國家航空航天局空氣動力學家R.T.惠特科姆,，從鳥翅膀尖部的小翅得到啟發(fā)，發(fā)明翼梢小翼,，即在小展弦比機翼的翼梢處裝一個小翼片,，從而既提高了展弦比，又不會使結構質量和摩擦阻力增加很多,。

梯形翼梢小翼

（波音小翼技術的鼻祖）

圖：NASA艾姆斯實驗室利用一架改裝過的KC-135對翼梢小翼進行了測試,，這被視為當代小翼技術的鼻祖。

    NASA（美國聯(lián)邦政府的一個政府機構,，負責美國的太空計劃,，也稱美國宇航局）根據R.T.惠特科姆提出的現(xiàn)代梯形翼梢小翼方案，利用一架改裝過的KC-135加油機進行翼梢小翼測試,，并取得成功,，也因此被視為當代小翼技術的鼻祖。

鏢形小翼

（空客的經典小翼,，也稱三角型小翼）

圖：空客A310-200是最早安裝了三角型小翼（鏢形小翼）的民航飛機,，也成為空中客車的標準形式

    1983年起，空客開始也進行加裝翼梢小翼的測試,，首用機型是A310,，成功并沿用的經典的空客鏢形小翼，試驗證明這可減少機翼阻力1%,。因酷似回旋鏢而得名,。小翼面積較小，上下分叉，垂直安裝,，形狀近似三角形,，長久以來都是空客飛機的標志之一。

圖：空客祖?zhèn)麋S形小翼

    1986年,，麥道11在其模型上也出現(xiàn)了小翼。

波音747-400,，空客A340也同樣將翼梢小翼作為標配或可選裝配件,。

翼尖小翼正式作為飛機的重要配件走上舞臺

帆板小翼

承梯形，傾斜安裝,，與機翼構成一定的上反角,，能提供額外的升力，面積較大,。

圖：747-400標志性的帆板小翼

融合型小翼

    小翼與機翼的融合型過渡,，減少了阻力，其展弦比較大,，呈梯形,，具有一定的外傾角和后掠角。融合型小翼的表現(xiàn)優(yōu)于之前的任何一款小翼,。

圖：泰獅的配備融合型小翼的739ER,。

斜切式小翼

    斜切式小翼幾乎沒有上反角，與機翼幾乎徹底融為一體,，擴大機翼有效翼展,，提供額外升力，相比機翼的后掠角處理,，其能更有效地克服誘導阻力,。

圖：77W的斜切式小翼

鯊鰭小翼

    空客的鯊鰭小翼與波音的融合型小翼十分相似（據說后來甚至引發(fā)了專利之爭），鯊鰭小翼的展弦比相比于融合型小翼要更大一些,，空客宣稱其能比鏢形小翼節(jié)油4%,。

圖：鯊鰭小翼科普原理圖解

    對于航空公司而言，“鯊鰭小翼”能夠為其帶來的最直接好處就是經濟效益的提升,，具體主要表現(xiàn)在兩個方面——飛機運行與維護的經濟性和效能比,。這一切都得益于“鯊鰭小翼”的四大優(yōu)勢特點——更低油耗、更遠航程,、更大業(yè)載,、更好性能。

圖：裝有鯊鰭小翼的A320停在空客天津飛機交付中心的停機坪上,，與普通A320飛機的外形不同,，該機兩個機翼末端明顯向上翹起

雙彎刀型小翼

    在融合型小翼的基礎上，將翼梢處改成后掠的彎刀型，同時在根部增加了帶下反角第二片小翼,。波音宣稱其比融合型小翼節(jié)油2%,。

圖：美聯(lián)航等航司2014年起開始接收配備雙彎刀小翼的737NG

雙羽式小翼

    融合度比雙彎刀更高，上下分叉,，標志著波音在玩了幾十年的單片小翼后接替空客全面推廣雙翼小翼,。波音宣稱其能夠比融合型小翼節(jié)油1.8%。順便吐槽一句,，國內航司在引進737Max后,，很少有根據其雙羽小翼對小翼涂裝進行優(yōu)化的，使得其不但沒有增加雙羽小翼的美感,，反而令其變丑了,。

圖：雙羽小翼（AT小翼）是737Max的標志。

彎刀型小翼

    A350外觀上最大的吸睛點,，除了墨鏡,，便是彎刀小翼。彎刀型小翼的弧度之美令人贊嘆,，其連接過渡處的弧度半徑極大,，小翼前后緣均是后彎的曲線。

圖：全新的更大更高的彎刀小翼屬于第二代成全了A350

改進的斜切式小翼

    波音在787,、748機型上繼續(xù)使用改進的斜切式小翼,。彎刀式和斜切式小翼已經是當今小翼最優(yōu)的設計了。

圖:波音祖?zhèn)鞯男鼻惺叫∫聿⒆髁诉M一步優(yōu)化,，并用于787

圖:鷹醬NAVY的P-8A,，斜切小翼

結論:

    翼尖技術的成熟是服務顧客需求上的，且有一定的靈活性與變通,，波音與空客也向通用性妥協(xié),，使小翼不是花哨的裝飾，又重新回到祖?zhèn)鞯男∫碇性賱?chuàng)新,。從發(fā)明至追崇,，然后回歸理性，這也是發(fā)展的一般規(guī)律,，機翼小翼技術也是如此,，科學家經過全面研究與實踐，從進步到發(fā)展,，再創(chuàng)新,，趨于真正的成熟。

    再次,，感謝科學家們?yōu)槊總€細節(jié)進步而作出的努力,。

作者：胡鑫川

20221027

公眾號：胡叔航空館

與你一起縱橫航空史話,、航空器、航空科技的世界

與你一起縱橫航空史話,、航空器,、航空科技的世界