飛機上的翼尖小翼有什麼用?
翼尖小翼,又叫翼梢小翼,它通常位於飛機機翼的翼梢處。它到底有什麼作用呢?除了飛機有,直升機也有嗎?
翼尖小翼的作用
翼尖小翼
上圖中,從客機窗戶看去,紅色箭頭所指的就是翼尖小翼。經常坐飛機的網友,肯定對翼尖小翼不陌生,但其作用到底是什麼,因為大家平時不關注,所以不一定人人都知道。今天咱們詳細說說。
飛機之所以能產生升力,這是因為機翼上方的氣流速度大於機翼下方的氣流速度,如下圖所示:
機翼上下表面空氣流速不一樣
仔細觀察上面的動畫示意圖,其中的黑線代表同一時間內,空氣的位置,當它們還在前方時,空氣的運動速度是一樣的,可是經過機翼時,就會發現,機翼上方的空氣移動的比下方的快得多。
其原因不難理解,咱們可以把空氣想像成水,而機翼把水分成了兩條河。
機翼產生升力示意圖
機翼下方的這條「河」,因為河岸很平直,水還是按照以前的流速從下方流過,幾乎沒有變化,而機翼上方的那條「河」,就不同了,其河岸突然變窄,導致水流速度突然大增。就像是一條寬寬的河流,在流經一處很窄的河道時,流速突然增加一樣。
機翼上方的空氣流速很快,帶來的結果是機翼上方的壓力突然變小,於是機翼上下方產生一個壓力差,這個壓力差就把機翼頂起來了。
既然機翼下方的大氣壓力大於上方,那麼顯然,空氣會有一個往機翼上方竄的趨勢,也就是漏氣,漏氣的地方通常發生在機翼的翼尖處。
機翼的翼尖處,空氣往上捲曲
機翼下方的空氣有向上跑的趨勢,最終在翼尖產生一個翼尖渦流
戰鬥機翼尖產生的翼尖渦流
本來,飛機耗費燃油,是想在機翼上方營造一個低氣壓,越低越好,但是空氣卻從翼尖往上跑,增大了機翼上方的氣壓,從而降低了機翼的升力,這也意味著,浪費了燃油。對於非常注重節油的航空公司來說,是絕對不想看到的,所以,必須想辦法避免。
怎麼避免?答案當然是翼尖小翼了。
翼尖小翼可以部分消除翼尖渦流
從上圖可知,翼尖小翼雖然不能百分之百消除翼尖渦流,但是,它大大地減小了它,這能讓客機節省更多的燃油。
長相各異的翼尖小翼
說完了它的作用後,咱們一起來看看各式的翼尖小翼。
空客A350客機,其翼尖小翼具有流線型。上面的長條金屬是飛機上放電刷,為的是把飛機機身摩擦產生的電釋放到空氣中,當遭受雷擊時,強電流也部分地從放電刷釋放到大氣中。
空客A380上的翼尖小翼
這種形狀的翼尖小翼,有點兒像鳥兒岔開的翅膀
「獵鷹50」飛機上環形的翼尖小翼
有的飛機,比如最新的波音787,看上去,似乎並沒有常規的翼尖小翼。
波音787夢幻客機
確實如此,波音787的翼尖裝置,既不向上彎折,也不向下彎折,更不是像一些客機似的,上下都彎折。波音787的翼尖裝置叫做「斜削式翼梢」或者「斜削式翼尖」。
雖然名字不同,但其實都是翼尖裝置的一種而已。據稱,根據波音和美國國家航空航天局的試驗結果,斜削式翼尖能夠降低高達5.5%的阻力,相比之下,傳統翼尖小翼的減阻效果為3.5%-4.5%。根據另外的研究,相同長度的斜削式翼梢與翼尖小翼相比,前者的效率更高。
波音787上的斜削式翼尖
直升機上的翼尖小翼
飛機上有翼尖小翼,那麼直升機呢?
要判斷直升機上有沒有必要有,我們先得看看,直升機的螺旋槳到底會不會產生翼尖渦流。如果沒有產生,那肯定是沒必要有,但事實如此嗎?
直升機螺旋槳的葉尖也產生了翼尖渦流
所以,直升機還是有必要配翼尖小翼的,怎麼配?如下圖:
直升機螺旋槳葉尖邊緣這種造型,為的是帶來翼尖小翼的效果
直升機螺旋槳葉的葉尖
既然直升機螺旋槳有,那麼作為同樣是旋轉的風力發電機,有沒有呢?答案也是肯定的。在一些風力發電機上,它們的翼尖小翼是這個樣子的。
風力發電機上的翼尖小翼
節能環保的翼尖小翼
加裝翼尖小翼後可顯著的減小機翼的誘導阻力,所謂誘導阻力,就是由翼尖渦流帶來的阻力,以B737NG飛機為例,它在風洞實驗和飛行試驗結果中表明,加裝翼尖小翼後能使全機誘導阻力減小20%~35%。換算成燃油,意味著單架飛機每飛行1小時可節約航油50-80公斤,全年可節約燃油達到200多噸。節約了燃油就意味著可以少帶燃油,從而增載入客量,加裝翼尖小翼後每次可以多載20多名旅客。如果不增載入客量,那麼在油箱滿油的情況下,能夠延長航程約370公里。
翼尖小翼不但降低了航空公司的運行成本,而且也有效減少了二氧化碳的排放。
最後,需要說明的一點是,安裝翼尖小翼會讓增加翼端結構的複雜度,更會增加一些額外的重量,所以,如果是短途飛機,比如航程也就是一個多小時,那麼油耗可能反而會增加。航程越長,比如國際航線,那麼翼尖小翼的意義就越大。
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