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翼尖虽小,可不是每个飞机都有哦!

 Moia藏经阁 2017-01-29




各位可曾注意过飞机机翼翼端翘起的部分?是不小编这么一提,大家又想起了些什么?不错,这就是飞机机翼的翼尖。





从以上两图可以看出,并不是所有机翼的翼尖都是往上翘的,有的机翼的翼尖与其机翼是一体的。一般民航飞机等大型飞机的翼尖是需要往上翘起的。其实这种翼尖又称为小翼,是运用了仿生学原理,模仿了鸟儿翅膀尖部的小翅。


 


飞机设计师自然不会单纯的模仿鸟儿的翅膀,这其中也是透露着空气动力学原理的。小翼的概念最早可以上溯到19世纪初一位英国空气动力学家的构想,但这一概念一直停留在图纸上,直到上世纪70年代初油价开始高涨时,NASA的Richard Whitcomb博士首次将其与真正的飞机联系在一起。翼梢小翼的作用是重新调整翼尖涡流,使其更加远离机翼外侧并上移至层流之上。




小编在这里讲述一下飞机之所以能起飞的原因:飞机的机翼主要是用来产生升力的,而空气流经机翼上、下表面时就会形成压力差,从而产生升力把飞机举起来。压差形成的原因自然是因为因为机翼的截面形状,经过机翼上下表面的气流速度不一样。通过上翼面的气流速度大于下翼面的气流速度,因此根据基本的流体力学知识可知,机翼下表面压力大于上表面压力,因此获得升力。


当然小编讲的是最为基本的常识理论,其实产生的压力差有时也会出现副作用。因为机翼下表面的压力大,上表面的压力小,因此在翼尖的地方就会出现一些下表面压力大的气流向上表面压力小的区域流动的现象,从而在翼尖形成涡流,于是这就好比汽车的尾部会卷起尘土一样,增大了飞机的阻力。





这种由于产生升力而诱导出来的附加阻力称为诱导阻力。可以说,诱导阻力是为产生升力而付出的一种“代价”。一般飞机飞得越快,翼尖产生的涡流也就越强,诱导阻力也就越大,因此会增加飞机额外的燃料消耗。


上世纪70年代美国国家航空航天局的空气动力学家R·T·惠特科姆从鸟翅膀尖部的小翅得到启发,提出了翼尖小翼的概念,在小展弦比机翼的翼梢处装一个小翼片,从而既提高了展弦比,又不会使结构质量和摩擦阻力增加很多。


小翼也就是翼尖的作用是重新调整翼尖涡流,具体怎么调整,且听小编讲来:由于翼尖表面的压差作用,空气趋向于围绕翼尖沿下表面向外侧流动,内侧机翼,气流则沿上表面流动。加装翼梢小翼后,由其重新配位的小翼涡流在翼梢小翼周围产生交叉气流,此气流通常与流过机翼表面的气流垂直。这样就不会出现先前所说的没有翼尖时所产生的状况了。



小翼


同时由交叉气流产生的侧向力含有向前的分量因而产生阻力,小翼同时产生相应的推力。在原理上与行驶的帆船相似。帆船抢风行驶时,帆承受着剧烈的逆风,此时,水下的龙骨挤压着帆船前行。还应当注意,翼产生了增加展弦比的气动效果(因此减少了诱导阻力),实际上却未显著加大翼展。此外使翼展增加最小化,其结果也使机翼弯距和结构重量的增加最小化。



行驶的帆船


关于翼尖的作用想必大家都清楚了,现在就让小编来简单介绍下,关于翼尖在现代飞机上的应用吧:

 

鲨鳍小翼


空客公司于2009年年底推出飞机融合式翼尖小翼的“鲨鳍小翼”,它是空客为最畅销的A320系列飞机一直在持续改进的新项目。鲨鳍小翼是由复合材料制成的,高2.4米。装配鲨鳍小翼的A320系列飞机可减少4%的燃油消耗。每年每架飞机可减少排放1000多吨的二氧化碳,这相当于200辆家用汽车一年的排放量。




737MAX的双羽状小翼



2012年5月,波音公布了为737 MAX专门研制的一项新型概念“双羽状”翼梢小翼。“双羽状”翼梢小翼由上下两片倾斜的小翼片组成,上片小翼长2.5米,下片长1.37米。从下片的梢部到上片的梢部高2.9米。下片小翼梢部的离地高度为3.1米。


波音公司还表示,采用了这一翼梢小翼将使737 MAX在原定提升10%~12%燃油效率的基础上再减少1.5%的燃油消耗。与目前在长航程上可节约4%燃油的鲨鳍小翼技术相比,采取先进技术的双羽状翼梢小翼可在同样长度的航线上提升5.5%的燃油效率。

 

737NG的“双叉弯刀”小翼




该类翼梢小翼长约2.44米,根部宽约1.22米,根部向梢部逐渐变窄光滑过渡至0.6米左右。翼梢小翼外倾使翼展增加约1.5米。在重量方面,单个小翼重约60千克,但由于机翼结构加强和安装翼梢总共带来的重量增加是218千克。


波音于2012年开始了为737NG研制新型翼梢小翼的工作。“双叉弯刀”翼梢小翼和“双羽状”翼梢小翼的显著区别就是前者采用了弯刀形的翼尖,后者采用的是直线形的翼尖。与融合式小翼相比,“双叉弯刀”外形更加流线,可进一步降低阻力,它可为737NG降低2.5-3%的油耗。该公司预计,全球现役的4700多架737NG系列飞机中,大约有60%可能将陆续装配这种新型小翼。



737ng


2012年4月,APB公司在一架737BBJ飞机上进行了试验,试验结果显示设计方案的性能达到了预期,采用的计算流体力学方法的精度达到了0.001。




直升机上的翼尖小翼

飞机上有翼尖小翼,那么直升机呢?


要判断直升机上有没有必要有,我们先得看看,直升机的螺旋桨到底会不会产生翼尖涡流。如果没有产生,那肯定是没必要有,但事实如此吗?



直升机螺旋桨的叶尖也产生了翼尖涡流


所以,直升机还是有必要配翼尖小翼的,怎么配?如下图:



直升机螺旋桨叶尖边缘这种造型,为的是带来翼尖小翼的效果



直升机螺旋桨叶的叶尖


小编在一开始也已经提过,有些飞机是没有翼尖的,那这是为何?


虽然翼尖小翼能够有效的减少飞行时的阻力和燃料消耗,但安装翼尖小翼会让增加翼端结构的复杂度,更会增加一些额外的重量,在短程航线上它为飞机带来的额外负重却抵偿不了加上它而剩掉的燃料消耗。所以在一些用于短程航线的飞机上并不会安装翼尖小翼。大多数飞机制造商在制造新飞机时可根据客户需求选装翼尖小翼,而较早生产的部分飞机可以通过飞机维修企业加装翼尖小翼的改型。因为国际油价抬升,各航空公司纷纷要求厂商加装翼尖小翼。


今天小编关于机翼翼尖的探讨就到此为止了,各位再见!


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