[科普中國]-翼尖

翼尖的作用

飛機(jī)的機(jī)翼主要是用來產(chǎn)生升力的，而空氣流經(jīng)機(jī)翼上、下表面時(shí)就會(huì)形成壓力差，從而產(chǎn)生升力把飛機(jī)舉起來。而產(chǎn)生的壓力差有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)副作用。因?yàn)闄C(jī)翼下表面的壓力大，上表面的壓力小，因此在翼尖的地方就會(huì)出現(xiàn)一些下表面壓力大的氣流向上表面壓力小的區(qū)域流動(dòng)的現(xiàn)象，從而在翼尖形成渦流，于是這就好比汽車的尾部會(huì)卷起塵土一樣，增大了飛機(jī)的阻力。這種阻力就是我們所說的誘導(dǎo)阻力。 有了翼尖折起的小翼之后，情況就有很大不同。機(jī)翼下表面的氣流依然向上表面流動(dòng)，但由于翼尖小翼擋住了渦流，因此減小了飛機(jī)的誘導(dǎo)阻力。所以在翼尖安裝上一對(duì)翼尖小翼，是一種消除機(jī)翼渦流的相當(dāng)簡單而且有效的新措施。

翼尖的形狀對(duì)亞音速氣動(dòng)特性有兩個(gè)影響。首先，翼尖形狀影響飛機(jī)的浸濕面積，但這個(gè)影響很小；另一個(gè)更重要的影響是：翼尖形狀對(duì)翼尖渦橫向位置的影響。這在很大程度上取決于機(jī)翼下面的高壓空氣繞過翼尖“逃逸”到機(jī)翼上面的難易程度。一個(gè)光順圓滑的翼尖（從前面看時(shí)）很容易使氣流流過翼尖；而一個(gè)帶尖銳邊緣的翼尖（從前面看時(shí)）空氣流流過翼尖就變得困難些，并因此可以減小誘導(dǎo)阻力。大多數(shù)新的低阻翼尖都采用某種形式的尖銳邊緣。事實(shí)上，甚至一個(gè)簡單切削翼尖產(chǎn)生的阻力也比圓滑翼尖的阻力小，這是因?yàn)樯舷露嗣娑际羌怃J的邊緣。

翼尖的分類霍納翼尖最廣泛使用的低阻翼尖時(shí)霍納（Hoerner）翼尖。它是一個(gè)帶尖銳邊緣的翼尖，并連續(xù)過渡到機(jī)翼上表面；下表面“切去下部”使之與水平面大約呈30度夾角。下表面還可以是“向下面彎曲”（即中凹的）。“下垂的”和“上翹的”翼尖與霍納翼尖類似，只是其翼尖向上或向下彎曲，以增加有效展長而不增加實(shí)際翼展。翼尖后掠也影響阻力。翼尖渦近似位于翼尖后緣。后掠翼尖因其后緣展長較大而具有更低的阻力。不過，后掠翼尖也將增加機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)載荷。切尖的前掠翼尖有時(shí)用在超音速飛機(jī)上。因?yàn)樵谝砑庑纬傻募げㄥF內(nèi)的翼面積對(duì)升力幾乎沒有什么貢獻(xiàn)，而將翼尖在等于超音速馬赫錐角的角度下切去。另外，這種翼尖形狀將減小作用于機(jī)翼上的扭轉(zhuǎn)載荷。F-15戰(zhàn)斗機(jī)在機(jī)翼和平尾上都采用了這種切尖的方案。

翼梢小翼一種先進(jìn)型式的端板帶來的阻力可以比在展向增加相同面積所帶來的阻力更小。由NASA的惠特科姆（R.Whitcomb）設(shè)計(jì)的“翼梢小翼”，因利用翼尖渦內(nèi)可用的能量而進(jìn)一步減小阻力。

翼梢小翼既彎曲又扭轉(zhuǎn)，因此在翼尖處的旋渦在翼尖小翼上產(chǎn)生了一個(gè)升力，它有一個(gè)向前的分量。這個(gè)向前的分量就像一個(gè)“負(fù)”阻力，減小了總的機(jī)翼阻力。

一個(gè)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)囊砩倚∫?，所提供的有效展長增量可以達(dá)到將翼梢小翼的高度加到翼展上帶來的展長增量的兩倍。當(dāng)翼尖渦很強(qiáng)時(shí)，翼梢小翼能提供最大的好處，因此在小展弦比機(jī)翼上使用翼梢小翼比在已經(jīng)很有效的大展弦比機(jī)翼上使用可以看到更多的優(yōu)點(diǎn)。

翼梢小翼的一個(gè)問題是它們?cè)黾恿擞洃洀椥暂S后的重量，從而加劇了顫振的趨勢。為此，翼梢小翼的扭轉(zhuǎn)和彎度必須針對(duì)某一速度進(jìn)行優(yōu)化，而在其他設(shè)計(jì)速度下翼梢小翼提供的好處則較小。

由于種種原因，翼梢小翼往往更多地作為添加裝置用在現(xiàn)存的機(jī)翼上，這些飛機(jī)只是需要在不進(jìn)行大的重新設(shè)計(jì)的情況下，稍微增加一些效率，而在開始設(shè)計(jì)一架全新飛機(jī)時(shí)，往往用增加展弦比來改善氣動(dòng)效率會(huì)更好些。當(dāng)然，這也不是絕對(duì)的，因此在方案設(shè)計(jì)階段有時(shí)也要進(jìn)行這方面的權(quán)衡分析。1