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飞机主翼顶端翼尖小翼的作用
蓝格

2017-09-22 | 聚焦

2017年9月19日,日本“乘物”网站刊发文章《飛行機の主翼、端が立っているのはなぜ? 重くなるのに燃費改善のカラクリとは》(飞机主翼的顶端为何要垂直立着一个小翼呢?虽然增加了不少重量但关键在于其改善了耗油消耗的效率)。

飞机主翼的顶端垂直立着的小翼当然有其非常充分的理由。明明是增加了重量但确使耗油量降低了,这种小翼及其部件是怎样的结构呢?

增重了1500公斤但燃油消耗降低了5%!

2017年,看一下近来各家航空公司的客机,你会发现大部分客机的主翼尖端处垂直处立着一个片状物体。这个片状物体是被称为“翼尖小翼”的部件。据日本航空公司(JAL)的网站 “On Trip JAL”于2013年8月21日刊登的一篇报道显示,仅仅由于在主翼的尖端竖起这么一个“翼尖小翼”,就可以使得飞机的油耗降低5%。依据该报道的这个5%的量来计算一下,比如从温哥华飞行到日本的成田机场需消耗10万镑(约45吨)的燃料,安装了翼尖小翼的客机降低5%的燃料消耗就是5000磅(约2.25吨),相当于15桶燃料的量。当然,根据飞行距离等的不同,其效果并不能说是完全一样的,但长距离飞行的效果更显著罢了,如果所有的飞机都能同样地削减燃料消耗,则其量将是相当庞大的。

“翼尖小翼”值得关注的一点是其只不过是一个翼梢的零部件而已,一架客机主翼的两端各有一个翼尖小翼合计会增加1500公斤的重量(波音767-300 ER客机的情况),也就是说这个重量的增加反而降低了耗油量,这正是人们应该关注的问题。如果将飞机作为汽车来看,应该是重量越轻其耗油量越小才对,而怎么会重量增加反而降低了5%的燃油消耗呢?

这到底是为什么呢?其关键在于“翼端漩涡”这一现象。

所谓的飞机无法回避的翼端漩涡到底是什么呢?

“翼端漩涡”顾名思义就是机翼顶端所产生的漩涡,不过在此所产生的“漩涡”不是河水而是空气吧了。

最初的飞机是由于在主翼的上下两面有气压差的存在而导致其能够悬浮于空中。飞行中的飞机是由于主翼上面的气压低而其下面的气压高,从而产生向上的力,即升力从而导致其能浮在空中。

此时,自机翼根部至机翼尖端,空气均被机翼分成机翼的上部和下部而自机翼前部往机翼后部流动;在机翼的尖端部分,空气中气压高的一方将自下而上将拉动空气向上流动。由于机翼是向前方移动的,故此最终对空气拉动的结果是向斜上方向的,这样在机翼主翼的尖端就将产生空气的漩涡。这就是“翼端漩涡”。

翼端漩涡是飞机飞行所不需要的东西,当然产生漩涡(即只要让空气运动就会产生空气阻力)就要消耗能量,而这个能量的消耗是无意的,这个能量的消耗恰好就是飞机的燃料。另外,更加详细的说明就不在此傲述,总之如果能够抑制这种翼端漩涡就能节能,这就产生了翼尖小翼的构思。将机翼端部向上,在翼端处避免使其与主翼上部的空气混合,结果即可降低翼端漩涡的产生。

与翼端漩涡的征战已经过很长的时间了

实际上有关翼端漩涡的研究从很久以前就已经开始了,在某些军用飞机等上面已经可以看都其下力气克服的痕迹了。

例如,美国空军的A-10攻击机其主翼的翼尖是向下弯曲的。从而抑制了主翼下方高压空气向上的流动,其就是这样构思的具体体现。

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