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  • 翼梢小翼技术

    翼梢小翼的概念在小展弦比机翼的翼梢处装一个小翼片,从而既提高了展弦比,又不会使结构质量和摩擦阻力增加很多。这一思想一经试验果然奏效。

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    翼梢小翼技术翼梢小翼技术

    概况/翼梢小翼技术 编辑

        (美国宇航局)提出了现代梯形翼梢小翼方案,其实要归功于美国国家航空航天局出色的空气动力学家——R·T•惠特科姆。他的三项发明——跨声速面积律、超临界机翼和翼梢小翼,使全世界军用和民用航空大大受益。惠特科姆从鸟翅膀尖部的小翅得到启发,1976年提出了翼梢小翼的概念在小展弦比机翼的翼梢处装一个小翼片,从而既提高了展弦比,又不会使结构质量和摩擦阻力增加很多。这一思想一经试验果然奏效。翼梢小翼的安装有直立或斜置等几种方式,有上单小翼、下单小翼、上下双小翼等布局形式。

    此后,翼梢小翼技术陆续进入公务喷气机和商用飞机领域。翼梢小翼的另外一个好处是可以增加飞机的抖颤裕度(当机翼产生的升力过大以致气流过早分离、机翼失速时,机翼就会发生抖颤)抖颤裕度的增加可使飞机在更高的高度飞行,燃油里程就会增加。
    翼梢小翼的作用是重新调整翼尖涡流,使其更加远离机翼外侧并上移至层流之上。由于翼尖表面的压差作用,空气趋向于围绕翼尖沿下表面向外侧流动,内侧机翼,气流则沿上表面流动。加装翼梢小翼后,由其重新配位的小翼涡流在翼梢小翼周围产生交叉气流,此气流通常与流过机翼表面的气流垂直。由交叉气流产生的侧向力含有向前的分量因而产生阻力。翼梢小翼同时产生相应的推力。在原理上与行驶的帆船相似。帆船抢风行驶时,帆承受着剧烈的逆风,此时,水下的龙骨挤压着帆船前行。还应当注意,翼梢小翼产生了增加展玄比的气动效果(因此减少了诱导阻力),实际上却未显著加大翼展。此外使翼展增加最小化,其结果也使机翼弯距和结构重量的增加最小化。翼梢小翼的结构和布局有很多方案,有的已获得专利。
    目前,值得注意的飞机翼梢小翼改进计划有两类Quite Wing System’s(安静机翼系统)的B727改进型和Aviation Partner’s(AP)B737-NG所采用的系列型。据称这两种翼梢小翼由于飞行任务剖面不同,均可以节油5~7%。通常,航程越长,巡航高度和马赫数就越高,节油也越多。在短距航段,飞机爬升和下降占用过多的时间,巡航阶段需时较少,(翼梢小翼)的装配增重以及额外的浸润面积和寄生阻力可能会抵消气动力改善带来的的利益。

    翼梢小翼对飞机来说还有一个至关重要的好处就是可以降低其起飞阶段的噪声分布。因为翼梢小翼改进了原机翼的高攻角品质,所以在给定起飞推力下,爬升性能得到了改进。本质上说,这种情况也适用于737飞机。因为在起飞爬升阶段可以使用较少的发动机推力,可以明显降低侧向噪声。作为变通,在噪声不大受限制的情况下,也可以使用全起飞推力得到较大的爬升能力。对于某些公务喷气机,翼梢小翼可使飞机在不采用阶梯爬升方法的情况下达到最大巡航高度,当然要耗费多一些燃油。

    尽管翼梢小翼可以增加燃油里程,但是安装翼梢小翼也会引起结构方面的问题。翼梢小翼减少阻力的方式会导致机翼外段弯距和剪切载荷增加。若翼梢小翼偏离垂直位置向外倾斜,此类载荷还会增加,如果载荷没有增加,那么翼梢小翼则不可能带来好处。目前B737-800所采用的翼梢小翼与其它飞机的翼梢小翼的不同之处在于,一是高展玄比,二是与翼尖的连接采用大曲率半径方式。据制造商说连接部光滑的外表曲面可以减少翼梢小翼与大翼尖区域之间的干涉,因之允许翼梢小翼玄向前伸展之翼尖最大厚度处。2000年波音迈出明显一步,宣布它们将把弯折式翼梢小翼作为B737-800的标准选项,此后交付的该型飞机不管有没有翼梢小翼都将对机翼实施结构增强,以便用户在此后选装翼梢小翼时适用。据波音公司称,安装弯折式翼梢小翼的B737-800飞机可飞得更远一些,节油3~5%,或多载重6000磅。另外一些好处是,降低了机场附近的噪声,降低发动机的维护成本,并可改善高原机场或高温气象条件下的起飞性能。

    翼梢小翼大约增重520磅,8英尺高的翼梢小翼主要由碳纤维复合材料和铝合金制造,斜度为底部宽4英尺,顶部2英尺,翼梢小翼与大翼采用螺栓连接。其它波音飞机的情况是,737-700-NG装上翼梢小翼后噪声级别由A降低到AA,椐加理福尼亚机场负责人说,这意味着每天可以增加32个航班;767飞机的翼梢小翼评估正在进行中;747飞机的翼梢小翼高达14英尺,其试验费用将“很高昂”,实际应用尚需时日。

    介绍/翼梢小翼技术 编辑

        然而制造商们仍在研究其它多种降低翼尖涡流和诱导阻力的方法,波音公司用于B767-400的‘扁平式收集翼尖’便是一种方案。而B-777的远程改型则被建议使用超级弯折式的翼梢小翼。值得注意的是,B777飞机在B747-400已采用翼梢小翼之后设计,但却采用了尽可能大的翼展(也增加了展玄比)而没有采用小翼展加装翼梢小翼技术。专家认为,其原因主要在于翼面积减少(因而也增加了翼载荷)后可能无法支持改型机的高重量。
    翼梢小翼与翼稍帆片
    翼梢小翼是机翼的延续,一般都是向上翘起的,波音公司的飞机一般采用这种上折的小翼。但还有一种同时向上下两个方向延伸的双片式的翼梢小翼,称为翼稍帆片,被空客A320、A380采用。
    由于机翼上下表面压力不同使得上下表面流向不同,会在两个翼尖卷起翼尖涡,翼尖涡对机翼流场产生下洗从而减小了有效迎角从而使气动力在阻力方向有阻力分量从而产生诱导阻力,因此诱导阻力来自于翼尖涡下洗,与粘性无关。
    单片形式的翼稍小翼对于改善机翼上表面流线向内偏斜有较好作用,但对改善机翼下表面流线的向外偏斜作用相对较弱,因此设计上将其面积取得略大。双片形式的翼稍小翼(翼稍帆片),能够同时较有效的改善上下表面的流线偏斜,因此对于抑制翼尖涡更有效率,从而这种小翼在总体面积上可做得相对小些。

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