翼梢小翼

依蔓 史慶起

空客A350-900的翼梢小翼和機(jī)翼完全融合，如圓月彎刀，是仿照獵鷹翅膀設(shè)計(jì)的

伴隨升力產(chǎn)生的阻力

飛機(jī)機(jī)翼上表面彎曲，下表面基本平直。飛行過(guò)程中，通過(guò)機(jī)翼上表面的氣體流速比下表面氣體流速快、壓強(qiáng)低，從而在上下表面產(chǎn)生壓力差，形成升力。

飛機(jī)飛行時(shí)，流經(jīng)機(jī)翼上表面的空氣速度比下表面更快

戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼兩側(cè)的冷凝云痕跡，直觀地展示了翼尖渦

機(jī)翼從翼根到翼尖呈逐漸變薄的趨勢(shì)，這使機(jī)翼上下表面氣流的流速差值逐漸變小。這種變化會(huì)使機(jī)翼翼尖附近下表面的高壓區(qū)氣流，繞過(guò)翼尖流向上表面，從而形成翼尖渦。

翼尖渦會(huì)從機(jī)翼向機(jī)身后延伸很長(zhǎng)一段距離，飛機(jī)越大、飛行速度越快，翼尖渦越強(qiáng)。翼尖渦不僅會(huì)使翼尖附近壓力差降低，進(jìn)而導(dǎo)致升力降低，還會(huì)威脅到后面飛機(jī)的飛行安全。

來(lái)自鳥(niǎo)翅的啟發(fā)

飛機(jī)增加升力的直接途徑是增加機(jī)翼的翼展長(zhǎng)度，提高機(jī)翼展弦比（詳見(jiàn)《知識(shí)就是力量》2023年6月刊《從雙翼到單翼——飛機(jī)“翅膀”的演化史》），但這會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的結(jié)構(gòu)增重，效果欠佳。安裝翼梢小翼則可以讓上述問(wèn)題迎刃而解。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)家航空航天局的一位空氣動(dòng)力學(xué)家，從鳥(niǎo)類翅膀尖部的小翅得到啟發(fā)，提出了翼梢小翼的概念。它是安裝在機(jī)翼翼尖處、近似梯形的小翼面，具有一定的翼型、安裝角和后掠角，一般與機(jī)翼平面垂直或向外傾斜，有單上小翼、上下小翼等形式。

翼梢小翼可以阻擋機(jī)翼下表面氣流向上表面繞流，削弱翼尖渦的強(qiáng)度，從而增大機(jī)翼的有效展弦比，起到減小翼尖渦對(duì)升力的破壞、增加升力的作用。研究還發(fā)現(xiàn)，翼梢小翼的展弦比越大或面積越大，這種作用效果相對(duì)也會(huì)越明顯。

翼梢小翼的演變

從誕生至今，翼梢小翼已經(jīng)演變出了梯形、尖刀式、融合式、鯊魚鰭、雙羽狀、螺旋式，甚至可變小翼等類型。

以尖刀式小翼為例，它也被稱為鏢形小翼或燕尾狀小翼，由兩片分叉的翼片組成，垂直安裝于機(jī)翼翼尖位置。這種類型的翼梢小翼是空客飛機(jī)的顯著標(biāo)志。

我國(guó)C919大型客機(jī)采用了融合式翼梢小翼，而且小翼彎曲的角度較小

我國(guó)C919大型客機(jī)采用了融合式翼梢小翼，該類型翼梢小翼最大的特點(diǎn)是其與機(jī)翼的過(guò)渡非常平滑，有效減小了小翼與機(jī)翼之間的氣動(dòng)干涉，改善了受力情況，增加了翼尖處的抗彎和抗扭強(qiáng)度。

翼梢小翼也有缺陷

雖然翼梢小翼作用頗多，但它還是會(huì)增加飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量。而且，民用飛機(jī)翼展較長(zhǎng)，飛機(jī)飛行時(shí)作用在翼梢小翼上的力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的力矩。為了平衡這個(gè)力矩，飛機(jī)設(shè)計(jì)師需要進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)翼乃至機(jī)身的結(jié)構(gòu)。因此，在飛機(jī)研制過(guò)程中，是否必須安裝翼梢小翼、安裝哪種類型的翼梢小翼都需要“量體裁衣”，且經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)等諸多設(shè)計(jì)流程才能確定最終的方案。

為了獲得更好的氣動(dòng)效應(yīng)，飛機(jī)設(shè)計(jì)師在翼梢這方寸空間發(fā)揮想象，創(chuàng)造出了各種翼梢小翼，這種創(chuàng)新精神正是科技不斷進(jìn)步的源泉。

（責(zé)任編輯 / 高琳? 美術(shù)編輯 / 周游）