圖說翼稍小翼

王梓超

在乘坐飛機(jī)的時(shí)候，我們經(jīng)常能夠看到飛機(jī)的機(jī)翼翼梢有個(gè)“小翅膀”與機(jī)翼基本保持垂直，我們自然而然發(fā)出疑問：這個(gè)“小翅膀”是什么呢？顯然，這肯定不是裝飾部件，對(duì)于奉行“重量即成本”觀念的民航業(yè)來說，絕不會(huì)為了單純好看而增加飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。翼梢的“小翅膀”學(xué)名叫做翼梢小翼，美國航空航天局（NASA）對(duì)其定義為：翼梢的垂直延伸部分，可以改善飛機(jī)的燃油效率和增加巡航航程。

機(jī)翼的升力源自氣流流過機(jī)翼上下表面后出現(xiàn)的壓力差——相比機(jī)翼下方空氣的流速，上方空氣的流速更快。這樣機(jī)翼上方的氣壓低于下方，這種壓力差也就形成了向上的升力。不過機(jī)翼的長(zhǎng)度總歸是有限的，在翼梢處，氣流將從機(jī)翼下方的高壓區(qū)轉(zhuǎn)向機(jī)翼上方的低壓區(qū)。當(dāng)機(jī)翼高速向前移動(dòng)時(shí)，翼梢處的氣流相對(duì)向后流動(dòng)。氣流向上并向后移動(dòng)的結(jié)合，就會(huì)形成翼尖渦流。翼尖渦流會(huì)增加誘導(dǎo)阻力，從而降低機(jī)翼的效率，增加油耗，減小航程航時(shí)。翼梢小翼可以阻礙上下表面的空氣繞流，降低因翼尖渦流造成的誘導(dǎo)阻力，提高升阻比。

上世紀(jì)70 年代NASA提出了現(xiàn)代梯形翼梢小翼方案。1976年，NASA蘭利實(shí)驗(yàn)室的空氣動(dòng)力學(xué)家R·T·惠特科姆從鳥翅膀尖部的上翹小翅得到啟發(fā)，提出了翼梢小翼的概念，并在2年后的1978年首次通過試驗(yàn)證明了在翼稍安裝垂直翼面可以降低誘導(dǎo)阻力。翼梢小翼和惠特科姆的另兩項(xiàng)發(fā)明——跨聲速面積律和超臨界機(jī)翼，使全世界軍用和民用航空大大受益。 很多老舊機(jī)型在設(shè)計(jì)時(shí)原本沒有翼稍小翼，但因?yàn)閹啄昵皣H油價(jià)一度飆升，翼稍小翼降低阻力減少油耗的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于航空公司誘惑不小，于是各航空公司紛紛要求飛機(jī)廠商加裝翼稍小翼。如今，翼稍小翼已經(jīng)幾乎成為飛機(jī)的標(biāo)配。有些飛機(jī)的翼稍小翼也成為識(shí)別機(jī)型的重要特征，比如空客A320系列的三角形翼稍小翼。而對(duì)于全新一代客機(jī)來說，由于復(fù)合材料的大量使用，使得機(jī)翼的制造技術(shù)有了革命式的發(fā)展。這使得翼稍小翼并不像過去那樣僅僅是一個(gè)垂直于機(jī)翼的獨(dú)立構(gòu)件，而是將機(jī)翼和翼稍小翼完美地融合在一起，比如波音787、空客A350和中國商飛的C919。這些飛機(jī)的翼稍部分逐漸上翹，形成完美的過渡曲線。這讓翼稍部分的流場(chǎng)進(jìn)一步優(yōu)化，從而達(dá)到增效節(jié)油的效果。endprint