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【16-05-25-原创】翼梢的秘密

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如果你经常坐飞机,仔细留意的话会发现部分飞机机翼末端会有一小段上翘,在航空界我们把机翼末端这段上翘的部分称之为翼梢小翼(winglet)。如果你观察再仔细些的话会发现不同飞机器翼梢的形状也不尽相同,有些飞机索性就没有翼梢。那翼梢到底有什么作用呢?





IP属地:上海1楼2016-05-25 23:09回复
    翼梢小翼的历史
    翼梢的概念最早可以上溯到19世纪初一位英国空气动力学家的构想,但这一概念一直停留在图纸上,直到上世纪70年代初油价开始高涨时,美国国家航空航天局(NASA)的Richard Whitcomb博士首次将其与真正的飞机联系在一起。

    Richard Whitcomb博士
    通过对翼梢小翼概念进行进一步研究,并进行了风洞测试和计算机研究,Whitcomb得出结论:安装翼梢小翼的运输飞机可以实现6%-9%的巡航效率改进。随后NASA于1979-1980在一架KC-135上安装了小翼并进行了试飞。


    安装了翼梢的KC-135运输机试飞
    试飞数据表明,KC-135在加装翼梢小翼后,最大飞行高度增加了3.4%,升力系数增大了4.88%,巡航状态升阻比提高了7.8%,航程增加了7.5%。这次试验肯定了翼梢小翼的价值,此后翼梢小翼开始大量出现在大型客机和运输机上。


    IP属地:上海3楼2016-05-25 23:11
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      翼梢小翼的作用
      众所周知,飞机机翼之所以能够产生升力,是因为飞机飞行时气流流过机翼的上下表面产生压力差,下表面的压力高于上表面的压力,于是机翼就有了升力。

      翼尖涡流产生示意图
      但这时机翼下表面的高压区气流会绕过翼梢流向上翼面,形成强烈的旋涡气流,当飞机飞的越快,所产生的涡流也越强,这种气流含有很大的能量,不但对增加飞行升力和推力没有作用,反而会增加飞行时的阻力和燃料的消耗。

      翼尖涡流产生示意图
      在机翼末端加装翼梢小翼后,翼尖涡流被调整,翼梢小翼像垂直竖起的墙阻碍上下表面的空气绕流,从而减小涡流的强度,有效减少飞行时的阻力和燃料消耗,而且它的角度也能同时产生向上和向前的分力来增加飞机的推力和升力。


      在合适的天气条件下可以观察到翼尖涡流现象
      不过在短程航线上,翼梢小翼会给飞机带来的额外负重,这些负重抵偿不了加装小翼后而节省的燃料消耗。所以,在一些用于短程航线的飞机客户可以选择不安装翼梢小翼。不过由于近些年来油价不断的攀升,绝大多数航空企业对新订购的飞机或是已有的飞机还是选择加装翼梢小翼的。

      翼梢小翼可以显著减小翼尖涡流强度
      接下来为大家介绍几种常见的翼梢。


      IP属地:上海4楼2016-05-25 23:12
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        单段式翼梢
        使用单段式翼梢的主流机型有波音747-400、空客A330和A340。

        维珍大西洋航空波音747-400
        单段式翼梢通常会设计一个外倾角给飞机带来附加升力,但同时也会给翼根带来较大的附加弯矩。由于翼梢通常按巡航状态设计,当飞行距离较短的时候,小翼的优势相对于给机身增加的重量和给翼根增加的弯矩来说就不明显了,专门为日本国内航线设计的波音747-400D因航程太短就取消了翼梢小翼。

        夏威夷航空A330-200客机翼梢特写

        瑞士航空A340-300翼梢特写

        达美航空A330-200


        IP属地:上海6楼2016-05-25 23:14
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          复合后掠角涡扩散器
          用于空客A320和A380,这种翼梢外形上呈上下双段式。

          南航A380翼梢特写
          复合后掠角涡扩散器专注于对涡流的阻挡和分割,其往往垂直于主翼面,无法产生附加升力,但因为不会带来额外弯矩,此种小翼对机翼的结构没有过高要求。

          吉祥航空A320
          在2012年空客推出“鲨鱼鳍”小翼版的A320之前,复合后掠角涡扩散器一直是A320系列客机的固定搭配。两种小翼的优劣不好比较,可谓是见仁见智。即使是波音和空客两大巨头在对翼梢小翼的选取上也没有一定之规。2010年后下线的A320的翼尖结构已经预留接头,只需要简单换装,就可以采用新的“鲨鱼鳍”小翼。更早的A320要换装的话,需要一点结构改装,但也是可以换装的。

          A320翼梢特写

          机舱内拍摄的英国航空A319翼梢特写


          IP属地:上海7楼2016-05-25 23:14
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            分叉式翼梢
            分叉式翼梢为波音737特有,安装在波音737NG和目前还未交付的737MAX上。但两者的翼梢形式略有不同,前者是双叉弯刀式翼梢,而后者为双分叉式翼梢。
            与波音737NG现有的融合式翼梢小翼相比,“双叉弯刀”式翼梢采用了气动特性更好的弯刀形翼片,并增加了一个下部弯刀翼片。对“双叉弯刀”翼梢进行了试飞的结果表明其减阻效果要优于融合式小翼。


            装有“双叉弯刀”式翼梢的阿拉斯加航空波音737-800
            2012年波音公司发布了737家族的最新款飞机737MAX,新飞机在外观上与旧款最明显的区别就是使用了新型的双分叉式翼梢。

            波音737MAX效果图
            双分叉式翼梢由上下两片倾斜的小翼组成,上片小翼长8英尺3英寸,下片长4英尺5.8英寸。从下片的梢部到上片的梢部高9英尺7英寸。下片小翼梢部的离地高度为10英尺2英寸。

            波音737MAX双分叉式翼梢特写
            波音公司号称新型翼梢可以使737MAX比原定提升10%~12%燃油效率的基础上再减少1.5%的燃油消耗。与目前在长航程上可节约4%燃油的融合式翼梢小翼技术相比,采取先进技术的双分叉式翼梢小翼可在同样长度的航线上提升5.5%的燃油效率。


            IP属地:上海9楼2016-05-25 23:15
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              感谢科普!


              IP属地:广东来自Android客户端11楼2016-05-25 23:28
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                技术贴好评!


                IP属地:北京来自Android客户端12楼2016-05-26 00:38
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                  顶~


                  IP属地:山东来自iPhone客户端13楼2016-05-26 00:41
                  回复


                    IP属地:重庆来自iPhone客户端14楼2016-05-26 08:14
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                      在知呼看见了


                      来自手机贴吧16楼2016-05-26 12:41
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                        学习了!


                        IP属地:河南17楼2016-05-26 14:26
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                          学习了 楼主好评!


                          来自iPhone客户端18楼2016-05-26 15:12
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                            单段式小翼我记得幺幺也用的吧


                            IP属地:丹麦来自Android客户端19楼2016-05-26 23:34
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                              MD11算什么,,,不是分叉式吗


                              IP属地:山西来自Android客户端20楼2016-05-27 12:43
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