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飞机的“翼尖”魔法
图：A320的翼尖小翼 机翼具有承受最大最强外力的能力在于根部，并起到连接作用，而机翼前缘和后缘有着改变气流，提高升力作用，那翼尖是不是变得并不重要地存在呢？ 其实，知道翼尖的人却比翼根的人要多的多。曾经小小的翼尖让波音与空客进行多年的技术竞争，那就慢慢来科普一下吧。 翼尖.小翼.翼尖小翼 “翼尖”与“小翼”是两个不同的概念。 翼尖，也可以叫翼梢，用英语叫wing tip，就是翅膀的最外沿部分，鸟类的翼尖则指的是翅膀的尖端。 小翼是翼尖技术的一种，而中文已习惯用小翼来指代类似的翼尖技术。为了区别则使用“翼尖小翼”这个概念更加明白。翼尖小翼，又称作翼尖帆或翼端帆，专业解读：通常用于提高固定翼航空器机翼的效率，也可用来改善航空器的操纵特性。 小翼技术看似不简单哦？则从翼尖涡流与失速现象讲起。 翼尖涡流与失速现象 因机翼设计与气动关系，机翼尖端会形成涡流，增大了飞机的阻力；翼面的扭转进而造成的机翼气动力特性恶化的失速现象。 因而，许多飞机安装翼尖小翼、翼尖帆片、翼端涡流发生器，还有在降落时伸出襟翼、前缘缝翼，就是防止空气在向上运动时发生螺旋，以此降低失速临界速度，增大升力。 翼尖小翼的作用与特点 飞机飞行时，机翼下表面压强高，上表面压强低，因此下表面气流就会在翼尖处流向上表面，这样在翼尖处就不断形成旋涡，从而产生“诱导阻力”，阻碍飞机前行。小翼可以部分阻断机翼翼尖处的上绕气流，使旋涡减弱，从而减小阻力，进而达到节油的效果。 翼尖小翼能显著减少诱导阻力，增大升力，可以实现节油的主要目的。但安装小翼本身是要付出重量和自身空气阻力的代价，同时成本增加。相比于优化机翼、机体结构和启动，更换新世代的引擎，翼尖小翼对燃油效能的改进是相当有限的。所以一般会考虑超过航程的临界值来确定安装翼梢小翼，实现节油的目的。 对于是否选择翼尖小翼是整体设计与市场需求结合的结论，为客户带来实际效益是空客考虑的重中之重，而不是为新装置搞一个更“炫”的造型或者起一个更“炫”的名字。因此，翼尖小翼只作为机翼上的配件而存在。 然而，还是很想知道曾有多少种翼尖小翼被科学家们诞生出来。 奇妙的翼尖小翼
图：机翼小翼史图 1976年，曾是美国国家航空航天局空气动力学家R.T.惠特科姆，从鸟翅膀尖部的小翅得到启发，发明翼梢小翼，即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。 梯形翼梢小翼 （波音小翼技术的鼻祖）
图：NASA艾姆斯实验室利用一架改装过的KC-135对翼梢小翼进行了测试，这被视为当代小翼技术的鼻祖。 NASA（美国联邦政府的一个政府机构，负责美国的太空计划，也称美国宇航局）根据R.T.惠特科姆提出的现代梯形翼梢小翼方案，利用一架改装过的KC-135加油机进行翼梢小翼测试，并取得成功，也因此被视为当代小翼技术的鼻祖。 镖形小翼 （空客的经典小翼，也称三角型小翼）
图：空客A310-200是最早安装了三角型小翼（镖形小翼）的民航飞机，也成为空中客车的标准形式 1983年起，空客开始也进行加装翼梢小翼的测试，首用机型是A310，成功并沿用的经典的空客镖形小翼，试验证明这可减少机翼阻力1%。因酷似回旋镖而得名。小翼面积较小，上下分叉，垂直安装，形状近似三角形，长久以来都是空客飞机的标志之一。
图：空客祖传镖形小翼 1986年，麦道11在其模型上也出现了小翼。 波音747-400，空客A340也同样将翼梢小翼作为标配或可选装配件。 翼尖小翼正式作为飞机的重要配件走上舞台 帆板小翼 承梯形，倾斜安装，与机翼构成一定的上反角，能提供额外的升力，面积较大。
图：747-400标志性的帆板小翼 融合型小翼 小翼与机翼的融合型过渡，减少了阻力，其展弦比较大，呈梯形，具有一定的外倾角和后掠角。融合型小翼的表现优于之前的任何一款小翼。
图：泰狮的配备融合型小翼的739ER。 斜切式小翼 斜切式小翼几乎没有上反角，与机翼几乎彻底融为一体，扩大机翼有效翼展，提供额外升力，相比机翼的后掠角处理，其能更有效地克服诱导阻力。
图：77W的斜切式小翼 鲨鳍小翼 空客的鲨鳍小翼与波音的融合型小翼十分相似（据说后来甚至引发了专利之争），鲨鳍小翼的展弦比相比于融合型小翼要更大一些，空客宣称其能比镖形小翼节油4%。
图：鲨鳍小翼科普原理图解 对于航空公司而言，“鲨鳍小翼”能够为其带来的最直接好处就是经济效益的提升，具体主要表现在两个方面——飞机运行与维护的经济性和效能比。这一切都得益于“鲨鳍小翼”的四大优势特点——更低油耗、更远航程、更大业载、更好性能。
图：装有鲨鳍小翼的A320停在空客天津飞机交付中心的停机坪上，与普通A320飞机的外形不同，该机两个机翼末端明显向上翘起 双弯刀型小翼 在融合型小翼的基础上，将翼梢处改成后掠的弯刀型，同时在根部增加了带下反角第二片小翼。波音宣称其比融合型小翼节油2%。
图：美联航等航司2014年起开始接收配备双弯刀小翼的737NG 双羽式小翼 融合度比双弯刀更高，上下分叉，标志着波音在玩了几十年的单片小翼后接替空客全面推广双翼小翼。波音宣称其能够比融合型小翼节油1.8%。顺便吐槽一句，国内航司在引进737Max后，很少有根据其双羽小翼对小翼涂装进行优化的，使得其不但没有增加双羽小翼的美感，反而令其变丑了。
图：双羽小翼（AT小翼）是737Max的标志。 弯刀型小翼 A350外观上最大的吸睛点，除了墨镜，便是弯刀小翼。弯刀型小翼的弧度之美令人赞叹，其连接过渡处的弧度半径极大，小翼前后缘均是后弯的曲线。
图：全新的更大更高的弯刀小翼属于第二代成全了A350 改进的斜切式小翼 波音在787、748机型上继续使用改进的斜切式小翼。弯刀式和斜切式小翼已经是当今小翼最优的设计了。
图:波音祖传的斜切式小翼并作了进一步优化，并用于787
图:鹰酱NAVY的P-8A，斜切小翼 结论: 翼尖技术的成熟是服务顾客需求上的，且有一定的灵活性与变通，波音与空客也向通用性妥协，使小翼不是花哨的装饰，又重新回到祖传的小翼中再创新。从发明至追崇，然后回归理性，这也是发展的一般规律，机翼小翼技术也是如此，科学家经过全面研究与实践，从进步到发展，再创新，趋于真正的成熟。 再次，感谢科学家们为每个细节进步而作出的努力。 作者：胡鑫川 20221027 公众号：胡叔航空馆 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 与你一起纵横航空史话、航空器、航空科技的世界 |
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