翼梢小翼也有大名堂

C919的机翼修长优美，在翼尖部分微微向上翘起，好似舞蹈演员漂亮地摆出一个手部造型，这就是C919的翼梢小翼。这一翼梢小翼采用的是国际先进的融合式设计，即机翼主翼面和小翼成自然过渡，不是两个独立的部分，这样的设计可以减少飞行阻力，提高飞行速度。

在2017年巴黎航展上，空中客车官方正式展出了名为“A380-plus”的A380增强机型。与当前版本相比，A380-plus外形上比较明显的变化就是新的翼梢小翼，这款高达4.7米的翼梢小翼预计能够节省4%的燃料消耗。

在当今世界民用飞机中，翼梢小翼成为了很多机型的标配，也受到了民机主制造商的重视。那么， 翼梢小翼能给飞机带来什么收益？航空史上，翼梢小翼又是如何演变的呢？“翱翔”科普君今天来给大家讲讲翼梢小翼那些事儿～

翼梢小翼带来的收益

飞机在飞行中，机翼上下表面存在压力差，流过机翼下表面的气流将带动翼尖周围的空气流向机翼上表面，形成翼梢涡，改变流向机翼的气流方向，产生不利的诱导阻力。

翼梢小翼可以阻挡机翼下表面气流向上表面绕流，相应地削弱翼梢涡的强度，减弱飞机的尾迹漩涡，从而提高机场附近的飞行安全和机场使用率，缩短飞机放飞和着陆的时间间隔。

同时，翼梢小翼还能降低诱导阻力，提高飞机起落性能，缩短起飞滑跑距离，缓解地面噪声。事实证明，翼梢小翼的研制成功是空气动力学领域的一项重大成果，对于降低飞行油耗、提高飞行经济性和环保性具有重要意义。

翼梢小翼的历史演进

英国著名的空气动力学专家F.W.兰彻斯特受鸟类飞行的启示，非常关注机翼翼尖的空气流动情况，第一次提出了翼梢涡的概念，并在1897年获得了在机翼翼尖装垂直端板的专利权。由于端板存在一个严重的问题，即在接近飞机巡航时，端板将引起较大的阻力，因此一直没有在飞机设计中得到广泛应用。

直到20世纪70年代，由美国NASA兰利研究中心的空气动力学专家R. T. 惠特科姆用一个升力面代替端板，翼梢小翼概念在应用上取得了真正意义上的突破。从此，翼梢小翼技术陆续进入民机领域，被广泛应用于现代民机机翼的设计中。

梯形翼梢小翼。早在20世纪70年代，美国宇航局就提出了现代梯形翼梢小翼方案。20世纪80年代末，波音公司首次将此项技术应用于大型干线客机B747-400。此后，梯形翼梢小翼还被应用于A330、A340等客机。梯形翼梢小翼最大的缺点是设计时面积相对较大。

翼梢帆片。在低速飞机的机翼翼尖处装翼梢帆片，可抑制尾涡的螺旋运动，将流线拉直。由于翼尖处流场方向多变，一般会安装3个帆片。如我国的运5飞机就加装过翼梢帆片，它的特点是既能像帆船上的风帆一样提供推力，又能像风扇叶片将来流 “梳”直。

融合式翼梢小翼。20世纪90年代末，面对不断上涨的航油价格，各航空公司急切渴望找到节省燃油的方法。由航空伙伴公司与波音公司的合资企业APB公司研制的融合式翼梢小翼是解决这一问题的有效利器。2000年，波音公务机BBJ率先采用融合式翼梢小翼技术。后来，B737NG、B737-300/500、B757和B767等机型相继采用。融合式翼梢小翼的最大特点在于翼梢小翼与机翼的光滑过渡，有效减小了翼梢小翼与机翼之间的气动干涉，改善了受力情况，增加了翼尖处抗弯和抗扭强度。

飞镖式翼梢小翼。随着民机机翼展长的增加，加装常规翼梢小翼就会更多地增加结构重量。20世纪80年代，在空客A310-300飞机上首次采用了飞镖式翼梢小翼，妥善地解决了这个矛盾。此后，被A300-600、A320等机型相继采用，成为空客飞机的显著标志。飞镖式翼梢小翼的特点是在非设计状态下有较好的减阻效果，侧风进场时也不会出现失速现象。

斜削式翼梢小翼。为了缩短飞机起飞的滑行距离，提高爬升性能并降低油耗，减轻对周围环境噪声的影响，斜削式翼梢小翼应运而生。它最早被用于B777-300ER，最近又被推广至B787-8和B747-8I等机型。斜削式翼梢小翼的特点是使机翼在翼尖有一个较大角度的斜削，严格来说它已成为机翼的一部分，是机翼与翼梢小翼一体化设计的产物。据NASA和波音公司测算，加装斜削式翼梢小翼可降低5.5%的飞行阻力，以B777-300ER为例，安装斜削式翼梢小翼后，其燃油效率提高了2%。这相当于每架飞机每年节省130万磅燃油，减少390万磅二氧化碳气体排放，每架飞机每年能为航空公司节约14万美元燃油费。

双羽状翼梢小翼。符合目前机场停机门的限制要求，同时进一步降低阻力是航空公司对民用飞机新的要求。2012年，波音公司公布了B737MAX双羽状翼梢小翼的设计概念。经风洞试验证实，双羽状翼梢小翼将使B737MAX可在同样长度航线上实现5.5%燃油效率的提升。

鲨鳍翼梢小翼。随着轻质碳纤维复合材料技术的成熟，2012年，空客公司专门为A320系列飞机研制了一种新型翼梢装置——鲨鳍翼梢小翼，在不明显增加A320和A320NEO重量的前提下，可以使飞机降低3.5%燃油消耗。鲨鳍小翼是新出厂的A320系列飞机的选装设备，也是选装新型发动机A320NEO系列飞机的标准配置。C919飞机就采用了通过连续过渡设计方法，保证曲面质量的鲨鳍翼梢小翼。

螺旋式翼梢小翼。消除翼梢涡、提高机场的使用率、增加安全性和降低噪声是航空公司的永恒追求。波音公司原空气动力部主任路易斯·格莱兹首先提出了这种环状螺旋形翼梢小翼，它最大的特点是其外形像一个细长的翼梢绸带，形成一个大的刚性闭合环。相当于在翼梢处装了2个翼梢小翼，可以达到双倍效果，因此也被称为“双翼梢小翼”。但是螺旋形翼梢小翼设计制造难度很高，面临来自气动、结构、材料、工艺和制造经济性的挑战。

可变翼梢小翼。固定的翼梢小翼不可能在所有条件和状态下都有可观的收益，能够在飞机飞行不同阶段改变外形的可变翼梢小翼是设计师们多年的夙愿。当由复合材料构成的蒙皮技术能够适应翼梢小翼外形变化时，可变翼梢小翼将迅速成为当前和今后航空界探索的热点和方向。巴西圣保罗大学通过风洞实验研究了可变翼梢小翼，结果表明它能在整个飞行包线内优化飞机的气动特性，能将飞机的气动效率提高3%，航程提高5%。

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