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【民航科普】翼梢小翼的秘密

时间:2019-05-06 17:13来源:空军之翼 作者:中国航空

  S形小翼

2012年之后,空客在新的A320上推出“鲨鱼翅”小翼,外形与波音737NG的翼尖融合小翼惊人地相似,以至于引来专利侵权官司。空客版的“鲨鱼翅”号称可以比现有的翼尖小翼节油4%,或者增加185公里航程,或者增加450公斤载重量。更重要的是,2010年后下线的A320的翼尖结构已经预留接头,只需要简单换装,就可以采用新的“鲨鱼翅”小翼。更早的A320要换装的话,需要一点结构改装,但也是可以换装的。与此同时,波音最新的773MAX推出“双羽”小翼,相当于把737NG的翼尖融合小翼增加了空客A320那样的下小翼。波音号称比翼尖融合小翼进一步节油1.6%。波音还推出“双弯刀”小翼,与“双羽”相似,但小翼前缘像土耳其弯刀一样是弧线的,进一步降低阻力。波音号称“双弯刀”小翼比翼尖融合小翼进一步降低油耗2%。

更进一步的是盒式小翼,这相当于把传统的单片式小翼用一个矩形“隧道”来代替,上下的水平翼面相当于双翼,成为额外的机翼翼面,产生升力。左右的垂直翼面中,内侧的垂直部分相当于大型翼刀,阻止因为机翼后掠而导致的上表面气流横向流动,降低升力损失;外侧的垂直部分相当于传统翼尖小翼,阻止翼尖气流涡卷。盒式小翼虽然结构部件更多,但顶端的“横梁”对结构起到加强作用,降低了传统翼尖小翼的结构加强要求,实际上减轻了结构重量。与盒式小翼相似的是环形小翼,这事实上不是完全的环形,更像融合小翼在翼尖继续向内侧圆滑弯曲,并继续延续向下,直至与机翼结合。与盒式小翼相比,环形小翼在受力和降低不利气动干扰方面更加有利。

比较折中的是S形翼尖小翼,从正面看,好像一个向外弯曲的钩子。翼尖小翼减少翼尖涡卷的绕流,但翼尖小翼本身在自己的翼尖也有涡卷绕流,自外而内,自上而下。这也形成阻力,尽管强度已经比原来的机翼翼尖阻力降低很多。在小翼翼尖再增加向外的“小小翼”,可以降低这个阻力。从外形上看,这就像斜躺着的S。这也可以看成环形小翼的内侧一半。与盒式或者环形小翼相比,S形小翼比较简单,但结构和受力设计依然比“双羽”或者“双弯刀”设计复杂。

不过翼尖小翼在靠近翼尖的部位产生额外升力,这对减阻增升有好处,但翼根的弯折扭矩增大,需要额外加强,导致重量增加,部分抵消了减阻增升的好处。为了降低额外增加的弯折扭矩,另一种思路是在把翼尖小翼反一个方向,向下而不是向上,但在向下延伸的同时,向内稍稍弯曲。这样一方面阻止机翼下表面的横向气流越过翼尖继续横向流动,产生翼尖涡卷,又使得横向气流的冲刷产生一定的向下的负升力,抵消部分靠近翼尖的额外升力,降低翼根的弯折扭矩,降低结构加强要求。这样降低了小翼增升的作用,但减阻作用依然保留。

但翼尖小翼只是传统的筒-翼布局飞机减租的一部分。美国空军研究所正在研究一系列新颖的技术,尤其是可以直接应用于机体或者机翼表面的新技术,其中有些可以用于现有飞机的改装。

  层流(左)阻力较小,湍流(右)阻力较大

  

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