飞机翅膀尖端上折的部分有啥作用?

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2014-03-04 15:38

这个“上折的部分”叫翼梢小翼,英文名winglet。关于翼梢小翼的作用和发展历史,请看下文。
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小翼简史


翼梢小翼的英文名为winglet,也就是“机翼”(wing)与“小”(-let)的组合。美国航空航天局(NASA)资料对小翼的定义是:winglet是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。
尽管各种小翼的形状、尺寸和安装角度不同,但都实现了油耗的改进。飞机制造商和翼梢设备厂商称,小翼还可以改善巡航速度、爬升率并提高飞行高度。
抛开小翼给飞机带来的性能改善不说,安装了小翼的飞机在外型上就美观了不少,给世界各地的机场增加了一抹靓丽。
那么,小翼经历了怎样的发展历程呢?
早期探索

1979年,安装小翼的KC-135进行试飞。(NASA图片)
小翼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,NASA的Richard Whitcomb博士首次将其与真正的飞机联系在一起。

试飞中的KC-135小翼细节图。小翼外表面安装了很多一端固定的丝线,用来观察气流情况。(NASA图片)
通过对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。
走向成熟

麦道-11采用了上下两片的翼梢小翼,上大下小。(NASA图片)
第一种安装小翼的大型民用飞机是747-400。同时期的麦道-11也采用了独特的两片式小翼,后来麦道公司成为波音公司的一部分。

747-400的单片式小翼。
上世纪80年代中期,波音进行了被称为融合式翼梢小翼(Blended Winglet)的概念研究,这一概念最终由航空伙伴公司于90年代初发展完善。双方成立了合资企业——波音航空伙伴公司,专门为波音飞机提供小翼产品。

新一代737的融合式小翼,与机翼融合为一体。
2001年开始,波音开始为BBJ和新一代737提供安装融合式翼梢小翼。一些早期型737、757和767也可以通过改装的方式安装小翼。
融合式翼梢小翼在当时是民用飞机领域最先进的小翼设计,在一定的航程上,可以让737降低4%的油耗。融合式小翼的详情请阅读《融合式翼梢小翼的魔力》(http://kan.weibo.com/con/3510101517219100?_from=image
发展创新
随着时代的进步,为了满足客户对更高效率的追求,波音推出了737家族的最新改进型737 MAX。MAX在外观上与现在的737最主要的区别之一便是新的小翼。
2012年5月,波音宣布了737 MAX的“先进技术”翼梢小翼设计概念,并作为MAX的标配。与目前在长航程上可节约4%油耗的融合式翼梢小翼技术相比,“先进技术”翼梢小翼可在同样长的航线上实现高达5.5%的燃油效率提升。

737 MAX的双羽状“先进技术”翼梢小翼。
“先进技术”翼梢小翼将由复合材料和金属前缘制成,并将具有与现在的737使用的翼梢小翼类似的停机坪适应性。新型翼梢小翼的的重量也与现在的相仿。

另一个角度看737 MAX的小翼。
波音的空气动力学专家使用先进的计算机流体力学方法将斜削式翼梢技术与双羽状翼梢小翼概念相结合,为737 MAX的机翼带来了这种先进的改进。这种概念比单通道飞机市场中的任何其它翼梢设备都要更高效,因为机翼上下两面的有效翼展实现了均衡增加。这一改动使系统的重心下移,从而使重量代价变得最小同时确保最佳的气动效率。737 MAX的风洞实验验证了这一新概念。

用于新一代737改装的“双叉弯刀”小翼。
针对新一代737的改进,波音的合资公司波音航空伙伴(APB)公司于2013年初宣布启动“双叉弯刀”新型翼梢小翼项目。与新一代波音737现有的融合式翼梢小翼相比,“双叉弯刀”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。航空伙伴公司曾在2012年对“双叉弯刀”小翼进行了试飞,结果表明其减阻效果要优于融合式小翼。
翼梢小翼还是斜削翼梢?
翼梢小翼在737上取得了巨大成功。另一方面,波音的新一代大型飞机,包括747-8、777和787上则采用的另一种功能相似的翼梢设备——斜削式翼梢。根据波音的研究结果,在大型远程飞机上斜削式翼梢的减阻效果要优于翼梢小翼。详情请阅读《为啥787没有采用翼梢小翼? 》(http://kan.weibo.com/con/3548154931660446?_from=image

787的斜削式翼梢,与机翼更加一体化。

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