翼梢小翼 | 方寸舞台间的设计创新

飞机能够飞起来，主要靠机翼给它提供了向上的升力。但力的作用是相互的，有升力必然会有阻力，而翼梢小翼是减小阻力的重要部件之一。

伴随升力产生的阻力

飞机飞行时，流经机翼上表面的空气速度

比下表面更快

飞机机翼上表面弯曲，下表面基本平直。飞行过程中，通过机翼上表面的气体流速比下表面气体流速快、压强低，从而在上下表面产生压力差，形成升力。

机翼从翼根到翼尖呈逐渐变薄的趋势，这使机翼上下表面气流的流速差值逐渐变小。这种变化会使机翼翼尖附近下表面的高压区气流，绕过翼尖流向上表面，从而形成翼尖涡。

战斗机机翼两侧的冷凝云痕迹，

直观地展示了翼尖涡

翼尖涡会从机翼向机身后延伸很长一段距离，飞机越大、飞行速度越快，翼尖涡越强。翼尖涡不仅会使翼尖附近压力差降低，进而导致升力降低，还会威胁到后面飞机的飞行安全。

来自鸟翅的启发

波音737-800

融合式翼梢小翼

飞机增加升力的直接途径是增加机翼的翼展长度，提高机翼展弦比（详见《知识就是力量》2023年6月刊《从双翼到单翼——飞机“翅膀”的演化史》），但这会导致飞机的结构增重，效果欠佳。安装翼梢小翼则可以让上述问题迎刃而解。

20世纪70年代，美国国家航空航天局的一位空气动力学家，从鸟类翅膀尖部的小翅得到启发，提出了翼梢小翼的概念。它是安装在机翼翼尖处、近似梯形的小翼面，具有一定的翼型、安装角和后掠角，一般与机翼平面垂直或向外倾斜，有单上小翼、上下小翼等形式。

翼梢小翼可以阻挡机翼下表面气流向上表面绕流，削弱翼尖涡的强度，从而增大机翼的有效展弦比，起到减小翼尖涡对升力的破坏、增加升力的作用。研究还发现，翼梢小翼的展弦比越大或面积越大，这种作用效果相对也会越明显。

翼梢小翼的演变

我国C919大型客机采用了融合式翼

梢小翼,而且小翼弯曲的角度较小

从诞生至今，翼梢小翼已经演变出了梯形、尖刀式、融合式、鲨鱼鳍、双羽状、螺旋式，甚至可变小翼等类型。

以尖刀式小翼为例，它也被称为镖形小翼或燕尾状小翼，由两片分叉的翼片组成，垂直安装于机翼翼尖位置。这种类型的翼梢小翼是空客飞机的显著标志。

我国C919大型客机采用了融合式翼梢小翼，该类型翼梢小翼最大的特点是其与机翼的过渡非常平滑，有效减小了小翼与机翼之间的气动干涉，改善了受力情况，增加了翼尖处的抗弯和抗扭强度。

翼梢小翼也有缺陷

虽然翼梢小翼作用颇多，但它还是会增加飞机的结构重量。而且，民用飞机翼展较长，飞机飞行时作用在翼梢小翼上的力会产生一个很大的力矩。为了平衡这个力矩，飞机设计师需要进一步加强机翼乃至机身的结构。因此，在飞机研制过程中，是否必须安装翼梢小翼、安装哪种类型的翼梢小翼都需要“量体裁衣”，且经过风洞试验等诸多设计流程才能确定最终的方案。

本文节选自《知识就是力量》杂志《翼梢小翼—方寸舞台间的设计创新》。

为了获得更好的气动效应，飞机设计师在翼梢这方寸空间发挥想象，创造出了各种翼梢小翼，这种创新精神正是科技不断进步的源泉。

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编辑/段阳阳