图说翼稍小翼

王梓超

在乘坐飞机的时候，我们经常能够看到飞机的机翼翼梢有个“小翅膀”与机翼基本保持垂直，我们自然而然发出疑问：这个“小翅膀”是什么呢？显然，这肯定不是装饰部件，对于奉行“重量即成本”观念的民航业来说，绝不会为了单纯好看而增加飞机结构重量。翼梢的“小翅膀”学名叫做翼梢小翼，美国航空航天局（NASA）对其定义为：翼梢的垂直延伸部分，可以改善飞机的燃油效率和增加巡航航程。

机翼的升力源自气流流过机翼上下表面后出现的压力差——相比机翼下方空气的流速，上方空气的流速更快。这样机翼上方的气压低于下方，这种压力差也就形成了向上的升力。不过机翼的长度总归是有限的，在翼梢处，气流将从机翼下方的高压区转向机翼上方的低压区。当机翼高速向前移动时，翼梢处的气流相对向后流动。气流向上并向后移动的结合，就会形成翼尖涡流。翼尖涡流会增加诱导阻力，从而降低机翼的效率，增加油耗，减小航程航时。翼梢小翼可以阻碍上下表面的空气绕流，降低因翼尖涡流造成的诱导阻力，提高升阻比。

上世纪70 年代NASA提出了现代梯形翼梢小翼方案。1976年，NASA兰利实验室的空气动力学家R·T·惠特科姆从鸟翅膀尖部的上翘小翅得到启发，提出了翼梢小翼的概念，并在2年后的1978年首次通过试验证明了在翼稍安装垂直翼面可以降低诱导阻力。翼梢小翼和惠特科姆的另两项发明——跨声速面积律和超临界机翼，使全世界军用和民用航空大大受益。 很多老旧机型在设计时原本没有翼稍小翼，但因为几年前国际油价一度飙升，翼稍小翼降低阻力减少油耗的优点对于航空公司诱惑不小，于是各航空公司纷纷要求飞机厂商加装翼稍小翼。如今，翼稍小翼已经几乎成为飞机的标配。有些飞机的翼稍小翼也成为识别机型的重要特征，比如空客A320系列的三角形翼稍小翼。而对于全新一代客机来说，由于复合材料的大量使用，使得机翼的制造技术有了革命式的发展。这使得翼稍小翼并不像过去那样仅仅是一个垂直于机翼的独立构件，而是将机翼和翼稍小翼完美地融合在一起，比如波音787、空客A350和中国商飞的C919。這些飞机的翼稍部分逐渐上翘，形成完美的过渡曲线。这让翼稍部分的流场进一步优化，从而达到增效节油的效果。endprint