【簡(jiǎn)介:】那個(gè)叫做“翼梢小翼”。(樓上朋友說(shuō)的起飛降落用的是“襟翼”,不是一回事。)
商用飛機(jī)問(wèn)世以來(lái),制造商即在不斷尋找節(jié)省燃油的途徑。使用翼梢小翼技術(shù)來(lái)減少阻力已有很長(zhǎng)一段時(shí)
那個(gè)叫做“翼梢小翼”。(樓上朋友說(shuō)的起飛降落用的是“襟翼”,不是一回事。)
商用飛機(jī)問(wèn)世以來(lái),制造商即在不斷尋找節(jié)省燃油的途徑。使用翼梢小翼技術(shù)來(lái)減少阻力已有很長(zhǎng)一段時(shí)間了。阻力減少,自然也就減少了油耗。翼梢小翼為一小面積向上抬起的小機(jī)翼,與機(jī)翼的外端相連,與機(jī)翼結(jié)構(gòu)垂直或近乎垂直。
翼梢小翼的作用是重新調(diào)整翼尖渦流,使其更加遠(yuǎn)離機(jī)翼外側(cè)并上移至層流之上。由于翼尖表面的壓差作用,空氣趨向于圍繞翼尖沿下表面向外側(cè)流動(dòng),內(nèi)側(cè)機(jī)翼,氣流則沿上表面流動(dòng)。加裝翼梢小翼后,由其重新配位的小翼渦流在翼梢小翼周圍產(chǎn)生交叉氣流,此氣流通常與流過(guò)機(jī)翼表面的氣流垂直。由交叉氣流產(chǎn)生的側(cè)向力含有向前的分量因而產(chǎn)生阻力。翼梢小翼同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的推力。在原理上與行駛的帆船相似。帆船搶風(fēng)行駛時(shí),帆承受著劇烈的逆風(fēng),此時(shí),水下的龍骨擠壓著帆船前行。還應(yīng)當(dāng)注意,翼梢小翼產(chǎn)生了增加展玄比的氣動(dòng)效果(因此減少了誘導(dǎo)阻力),實(shí)際上卻未顯著加大翼展。此外使翼展增加最小化,其結(jié)果也使機(jī)翼彎距和結(jié)構(gòu)重量的增加最小化。翼梢小翼的結(jié)構(gòu)和布局有很多方案,有的已獲得專利。
上世紀(jì)70年代NASA(美國(guó)宇航局)提出了現(xiàn)代梯形翼梢小翼方案,其實(shí)要?dú)w功于美國(guó)國(guó)家航空航天局出色的空氣動(dòng)力學(xué)家——R·T?惠特科姆。他的三項(xiàng)發(fā)明——跨聲速面積律、超臨界機(jī)翼和翼梢小翼,使全世界軍用和民用航空大大受益?;萏乜颇窂镍B翅膀尖部的小翅得到啟發(fā),1976年提出了翼梢小翼的概念在小展弦比機(jī)翼的翼梢處裝一個(gè)小翼片,從而既提高了展弦比,又不會(huì)使結(jié)構(gòu)質(zhì)量和摩擦阻力增加很多。這一思想一經(jīng)試驗(yàn)果然奏效。翼梢小翼的安裝有直立或斜置等幾種方式,有上單小翼、下單小翼、上下雙小翼等布局形式。
此后,翼梢小翼技術(shù)陸續(xù)進(jìn)入公務(wù)噴氣機(jī)和商用飛機(jī)領(lǐng)域。翼梢小翼的另外一個(gè)好處是可以增加飛機(jī)的抖顫裕度(當(dāng)機(jī)翼產(chǎn)生的升力過(guò)大以致氣流過(guò)早分離、機(jī)翼失速時(shí),機(jī)翼就會(huì)發(fā)生抖顫)抖顫裕度的增加可使飛機(jī)在更高的高度飛行,燃油里程就會(huì)增加。
目前,值得注意的飛機(jī)翼梢小翼改進(jìn)計(jì)劃有兩類Quite Wing System’s(安靜機(jī)翼系統(tǒng))的B727改進(jìn)型和Aviation Partner’s(AP)B737-NG所采用的系列型。據(jù)稱這兩種翼梢小翼由于飛行任務(wù)剖面不同,均可以節(jié)油5~7%。通常,航程越長(zhǎng),巡航高度和馬赫數(shù)就越高,節(jié)油也越多。在短距航段,飛機(jī)爬升和下降占用過(guò)多的時(shí)間,巡航階段需時(shí)較少,(翼梢小翼)的裝配增重以及額外的浸潤(rùn)面積和寄生阻力可能會(huì)抵消氣動(dòng)力改善帶來(lái)的的利益。
翼梢小翼對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)還有一個(gè)至關(guān)重要的好處就是可以降低其起飛階段的噪聲分布。因?yàn)橐砩倚∫砀倪M(jìn)了原機(jī)翼的高攻角品質(zhì),所以在給定起飛推力下,爬升性能得到了改進(jìn)。本質(zhì)上說(shuō),這種情況也適用于737飛機(jī)。因?yàn)樵谄痫w爬升階段可以使用較少的發(fā)動(dòng)機(jī)推力,可以明顯降低側(cè)向噪聲。作為變通,在噪聲不大受限制的情況下,也可以使用全起飛推力得到較大的爬升能力。對(duì)于某些公務(wù)噴氣機(jī),翼梢小翼可使飛機(jī)在不采用階梯爬升方法的情況下達(dá)到最大巡航高度,當(dāng)然要耗費(fèi)多一些燃油。
盡管翼梢小翼可以增加燃油里程,但是安裝翼梢小翼也會(huì)引起結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。翼梢小翼減少阻力的方式會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼外段彎距和剪切載荷增加。若翼梢小翼偏離垂直位置向外傾斜,此類載荷還會(huì)增加,如果載荷沒(méi)有增加,那么翼梢小翼則不可能帶來(lái)好處。目前B737-800所采用的翼梢小翼與其它飛機(jī)的翼梢小翼的不同之處在于,一是高展玄比,二是與翼尖的連接采用大曲率半徑方式。據(jù)制造商說(shuō)連接部光滑的外表曲面可以減少翼梢小翼與大翼尖區(qū)域之間的干涉,因之允許翼梢小翼玄向前伸展之翼尖最大厚度處。2000年波音邁出明顯一步,宣布它們將把彎折式翼梢小翼作為B737-800的標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng),此后交付的該型飛機(jī)不管有沒(méi)有翼梢小翼都將對(duì)機(jī)翼實(shí)施結(jié)構(gòu)增強(qiáng),以便用戶在此后選裝翼梢小翼時(shí)適用。據(jù)波音公司稱,安裝彎折式翼梢小翼的B737-800飛機(jī)可飛得更遠(yuǎn)一些,節(jié)油3~5%,或多載重6000磅。另外一些好處是,降低了機(jī)場(chǎng)附近的噪聲,降低發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本,并可改善高原機(jī)場(chǎng)或高溫氣象條件下的起飛性能。
翼梢小翼大約增重520磅,8英尺高的翼梢小翼主要由碳纖維復(fù)合材料和鋁合金制造,斜度為底部寬4英尺,頂部2英尺,翼梢小翼與大翼采用螺栓連接。其它波音飛機(jī)的情況是,737-700-NG裝上翼梢小翼后噪聲級(jí)別由A降低到AA,椐加理福尼亞機(jī)場(chǎng)負(fù)責(zé)人說(shuō),這意味著每天可以增加32個(gè)航班;767飛機(jī)的翼梢小翼評(píng)估正在進(jìn)行中;747飛機(jī)的翼梢小翼高達(dá)14英尺,其試驗(yàn)費(fèi)用將“很高昂”,實(shí)際應(yīng)用尚需時(shí)日。
盡管翼梢小翼的好處十分明顯,然而制造商們?nèi)栽谘芯科渌喾N降低翼尖渦流和誘導(dǎo)阻力的方法,波音公司用于B767-400的‘扁平式收集翼尖’便是一種方案。而B-777的遠(yuǎn)程改型則被建議使用超級(jí)彎折式的翼梢小翼。值得注意的是,B777飛機(jī)在B747-400已采用翼梢小翼之后設(shè)計(jì),但卻采用了盡可能大的翼展(也增加了展玄比)而沒(méi)有采用小翼展加裝翼梢小翼技術(shù)。專家認(rèn)為,其原因主要在于翼面積減少(因而也增加了翼載荷)后可能無(wú)法支持改型機(jī)的高重量。
戰(zhàn)斗機(jī)為何不裝翼梢小翼?
翼梢小翼凈效益比較明顯,但也不是隨意添加的。翼梢小翼的作用在于:在翼尖下游耗散翼尖渦;使機(jī)翼上、下表面氣流橫向流動(dòng)產(chǎn)生的誘導(dǎo)速度與自由流合成的速度,在小翼上產(chǎn)生垂直當(dāng)?shù)貧饬鞣较虻南騼?nèi)側(cè)力(小翼升力),其在自由流方向產(chǎn)生顯著的推力分量;起到端板作用,增大機(jī)翼的有效展弦比。翼梢小翼會(huì)產(chǎn)生相內(nèi)的側(cè)力,但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生彎矩,并且可能增加機(jī)翼后緣載荷。一切協(xié)調(diào)之后的結(jié)果就是翼梢小翼在某個(gè)特定的速度范圍(一般是運(yùn)輸機(jī)的巡航速度)內(nèi)產(chǎn)生最佳的結(jié)果,在其他速度上意義不大。同時(shí)翼梢小翼會(huì)影響機(jī)動(dòng)性能,所以對(duì)于戰(zhàn)機(jī)而言,一般不會(huì)選擇。另:前掠翼可以從根本上消除誘導(dǎo)主力,不過(guò)對(duì)復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要求太高。
翼梢小翼與翼稍帆片
翼梢小翼是機(jī)翼的延續(xù),一般都是向上翹起的,波音公司的飛機(jī)一般采用這種上折的小翼。但還有一種同時(shí)向上下兩個(gè)方向延伸的雙片式的翼梢小翼,稱為翼稍帆片,被空客A320、A380采用。
由于機(jī)翼上下表面壓力不同使得上下表面流向不同,會(huì)在兩個(gè)翼尖卷起翼尖渦,翼尖渦對(duì)機(jī)翼流場(chǎng)產(chǎn)生下洗從而減小了有效迎角從而使氣動(dòng)力在阻力方向有阻力分量從而產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力,因此誘導(dǎo)阻力來(lái)自于翼尖渦下洗,與粘性無(wú)關(guān)。
單片形式的翼稍小翼對(duì)于改善機(jī)翼上表面流線向內(nèi)偏斜有較好作用,但對(duì)改善機(jī)翼下表面流線的向外偏斜作用相對(duì)較弱,因此設(shè)計(jì)上將其面積取得略大。雙片形式的翼稍小翼(翼稍帆片),能夠同時(shí)較有效的改善上下表面的流線偏斜,因此對(duì)于抑制翼尖渦更有效率,從而這種小翼在總體面積上可做得相對(duì)小些。