飛機(jī)的“翼尖”魔法
圖：A320的翼尖小翼
機(jī)翼具有承受最大最強(qiáng)外力的能力在于根部，并起到連接作用，而機(jī)翼前緣和后緣有著改變氣流，提高升力作用，那翼尖是不是變得并不重要地存在呢？
其實(shí)，知道翼尖的人卻比翼根的人要多的多。曾經(jīng)小小的翼尖讓波音與空客進(jìn)行多年的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，那就慢慢來科普一下吧。
翼尖.小翼.翼尖小翼
“翼尖”與“小翼”是兩個(gè)不同的概念。
翼尖，也可以叫翼梢，用英語叫wing tip，就是翅膀的最外沿部分，鳥類的翼尖則指的是翅膀的尖端。
小翼是翼尖技術(shù)的一種，而中文已習(xí)慣用小翼來指代類似的翼尖技術(shù)。為了區(qū)別則使用“翼尖小翼”這個(gè)概念更加明白。翼尖小翼，又稱作翼尖帆或翼端帆，專業(yè)解讀：通常用于提高固定翼航空器機(jī)翼的效率，也可用來改善航空器的操縱特性。
小翼技術(shù)看似不簡(jiǎn)單哦？則從翼尖渦流與失速現(xiàn)象講起。
翼尖渦流與失速現(xiàn)象
因機(jī)翼設(shè)計(jì)與氣動(dòng)關(guān)系，機(jī)翼尖端會(huì)形成渦流，增大了飛機(jī)的阻力；翼面的扭轉(zhuǎn)進(jìn)而造成的機(jī)翼氣動(dòng)力特性惡化的失速現(xiàn)象。
因而，許多飛機(jī)安裝翼尖小翼、翼尖帆片、翼端渦流發(fā)生器，還有在降落時(shí)伸出襟翼、前緣縫翼，就是防止空氣在向上運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生螺旋，以此降低失速臨界速度，增大升力。
翼尖小翼的作用與特點(diǎn)
飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼下表面壓強(qiáng)高，上表面壓強(qiáng)低，因此下表面氣流就會(huì)在翼尖處流向上表面，這樣在翼尖處就不斷形成旋渦，從而產(chǎn)生“誘導(dǎo)阻力”，阻礙飛機(jī)前行。小翼可以部分阻斷機(jī)翼翼尖處的上繞氣流，使旋渦減弱，從而減小阻力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)油的效果。
翼尖小翼能顯著減少誘導(dǎo)阻力，增大升力，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油的主要目的。但安裝小翼本身是要付出重量和自身空氣阻力的代價(jià)，同時(shí)成本增加。相比于優(yōu)化機(jī)翼、機(jī)體結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)，更換新世代的引擎，翼尖小翼對(duì)燃油效能的改進(jìn)是相當(dāng)有限的。所以一般會(huì)考慮超過航程的臨界值來確定安裝翼梢小翼，實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。
對(duì)于是否選擇翼尖小翼是整體設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求結(jié)合的結(jié)論，為客戶帶來實(shí)際效益是空客考慮的重中之重，而不是為新裝置搞一個(gè)更“炫”的造型或者起一個(gè)更“炫”的名字。因此，翼尖小翼只作為機(jī)翼上的配件而存在。
然而，還是很想知道曾有多少種翼尖小翼被科學(xué)家們誕生出來。
奇妙的翼尖小翼
圖：機(jī)翼小翼史圖
1976年，曾是美國國家航空航天局空氣動(dòng)力學(xué)家R.T.惠特科姆，從鳥翅膀尖部的小翅得到啟發(fā)，發(fā)明翼梢小翼，即在小展弦比機(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。
梯形翼梢小翼
（波音小翼技術(shù)的鼻祖）
圖：NASA艾姆斯實(shí)驗(yàn)室利用一架改裝過的KC-135對(duì)翼梢小翼進(jìn)行了測(cè)試，這被視為當(dāng)代小翼技術(shù)的鼻祖。
NASA（美國聯(lián)邦政府的一個(gè)政府機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)美國的太空計(jì)劃，也稱美國宇航局）根據(jù)R.T.惠特科姆提出的現(xiàn)代梯形翼梢小翼方案，利用一架改裝過的KC-135加油機(jī)進(jìn)行翼梢小翼測(cè)試，并取得成功，也因此被視為當(dāng)代小翼技術(shù)的鼻祖。
鏢形小翼
（空客的經(jīng)典小翼，也稱三角型小翼）
圖：空客A310-200是最早安裝了三角型小翼（鏢形小翼）的民航飛機(jī)，也成為空中客車的標(biāo)準(zhǔn)形式
1983年起，空客開始也進(jìn)行加裝翼梢小翼的測(cè)試，首用機(jī)型是A310，成功并沿用的經(jīng)典的空客鏢形小翼，試驗(yàn)證明這可減少機(jī)翼阻力1%。因酷似回旋鏢而得名。小翼面積較小，上下分叉，垂直安裝，形狀近似三角形，長(zhǎng)久以來都是空客飛機(jī)的標(biāo)志之一。
圖：空客祖?zhèn)麋S形小翼
1986年，麥道11在其模型上也出現(xiàn)了小翼。
波音747-400，空客A340也同樣將翼梢小翼作為標(biāo)配或可選裝配件。
翼尖小翼正式作為飛機(jī)的重要配件走上舞臺(tái)
帆板小翼
承梯形，傾斜安裝，與機(jī)翼構(gòu)成一定的上反角，能提供額外的升力，面積較大。
圖：747-400標(biāo)志性的帆板小翼
融合型小翼
小翼與機(jī)翼的融合型過渡，減少了阻力，其展弦比較大，呈梯形，具有一定的外傾角和后掠角。融合型小翼的表現(xiàn)優(yōu)于之前的任何一款小翼。
圖：泰獅的配備融合型小翼的739ER。
斜切式小翼
斜切式小翼幾乎沒有上反角，與機(jī)翼幾乎徹底融為一體，擴(kuò)大機(jī)翼有效翼展，提供額外升力，相比機(jī)翼的后掠角處理，其能更有效地克服誘導(dǎo)阻力。
圖：77W的斜切式小翼
鯊鰭小翼
空客的鯊鰭小翼與波音的融合型小翼十分相似（據(jù)說后來甚至引發(fā)了專利之爭(zhēng)），鯊鰭小翼的展弦比相比于融合型小翼要更大一些，空客宣稱其能比鏢形小翼節(jié)油4%。
圖：鯊鰭小翼科普原理圖解
對(duì)于航空公司而言，“鯊鰭小翼”能夠?yàn)槠鋷淼淖钪苯雍锰幘褪墙?jīng)濟(jì)效益的提升，具體主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面——飛機(jī)運(yùn)行與維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性和效能比。這一切都得益于“鯊鰭小翼”的四大優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)——更低油耗、更遠(yuǎn)航程、更大業(yè)載、更好性能。
圖：裝有鯊鰭小翼的A320停在空客天津飛機(jī)交付中心的停機(jī)坪上，與普通A320飛機(jī)的外形不同，該機(jī)兩個(gè)機(jī)翼末端明顯向上翹起
雙彎刀型小翼
在融合型小翼的基礎(chǔ)上，將翼梢處改成后掠的彎刀型，同時(shí)在根部增加了帶下反角第二片小翼。波音宣稱其比融合型小翼節(jié)油2%。
圖：美聯(lián)航等航司2014年起開始接收配備雙彎刀小翼的737NG
雙羽式小翼
融合度比雙彎刀更高，上下分叉，標(biāo)志著波音在玩了幾十年的單片小翼后接替空客全面推廣雙翼小翼。波音宣稱其能夠比融合型小翼節(jié)油1.8%。順便吐槽一句，國內(nèi)航司在引進(jìn)737Max后，很少有根據(jù)其雙羽小翼對(duì)小翼涂裝進(jìn)行優(yōu)化的，使得其不但沒有增加雙羽小翼的美感，反而令其變丑了。
圖：雙羽小翼（AT小翼）是737Max的標(biāo)志。
彎刀型小翼
A350外觀上最大的吸睛點(diǎn)，除了墨鏡，便是彎刀小翼。彎刀型小翼的弧度之美令人贊嘆，其連接過渡處的弧度半徑極大，小翼前后緣均是后彎的曲線。
圖：全新的更大更高的彎刀小翼屬于第二代成全了A350
改進(jìn)的斜切式小翼
波音在787、748機(jī)型上繼續(xù)使用改進(jìn)的斜切式小翼。彎刀式和斜切式小翼已經(jīng)是當(dāng)今小翼最優(yōu)的設(shè)計(jì)了。
圖:波音祖?zhèn)鞯男鼻惺叫∫聿⒆髁诉M(jìn)一步優(yōu)化，并用于787
圖:鷹醬NAVY的P-8A，斜切小翼
結(jié)論:
翼尖技術(shù)的成熟是服務(wù)顧客需求上的，且有一定的靈活性與變通，波音與空客也向通用性妥協(xié)，使小翼不是花哨的裝飾，又重新回到祖?zhèn)鞯男∫碇性賱?chuàng)新。從發(fā)明至追崇，然后回歸理性，這也是發(fā)展的一般規(guī)律，機(jī)翼小翼技術(shù)也是如此，科學(xué)家經(jīng)過全面研究與實(shí)踐，從進(jìn)步到發(fā)展，再創(chuàng)新，趨于真正的成熟。
再次，感謝科學(xué)家們?yōu)槊總€(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)步而作出的努力。
作者：胡鑫川
20221027
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