小火箭出品微信ID:ixiaohuojian很多客机的翼尖都会竖起一个被称作“翼梢小翼”的物体,像极了一个人水平撑起双臂后立起的手掌,给飞机增加了不少美感。
法国飞机设计大师达索曾说过“漂亮的飞机其性能一定差不了”。
那么,为飞机外型增色的翼梢小翼是从什么时候开始出现在飞机上的?它们又能够对飞机的性能带来怎样的影响呢?个头儿虽小,辈分却很高虽然早期的客机普遍没有翼梢小翼,而且小翼通常会被当作闪亮的新科技成为飞机制造商的宣传重点,但实际上翼梢小翼的历史可回溯到莱特兄弟的飞机上天之前,可算是飞机的长辈。
早在1897年,英国空气动力学家兰彻斯特(没错,就是那个提出军事运筹学中的兰彻斯特方程的那个人)在详细解释了机翼升力产生的原因之后不久就提出了在翼尖处加装端板以改善机翼空气动力学特性的想法。
这就是兰彻斯特。
话说拍个照拍成这个样子,这是要被雕刻到硬币上的节奏啊。
不过,按贡献来说,他早已够资格刻到硬币上了。
1891年,兰彻斯特写了一篇文章,指出重于空气的飞行器是可行的。
1894年,他成功地解释了机翼产生升力的原理,比德国的库塔和俄国的茹科夫斯基要早一些,不过库塔和茹科夫斯基的公式更好用,以至于空气动力学里面用“库塔-茹科夫斯基”的名称来命名了相关的公式。
1915年,兰彻斯特针对有限翼展机翼升力计算提出了附着涡和自由涡的概念。
奠定了升力线理论的基础,还指出了湍流这个现象将会是个很难处理的问题。
兰彻斯特在1927年推出的油电混合动力汽车概念车,现存放于伯明翰自然科学博物馆。
可惜,囿于航空材料和加工工艺的限制,兰彻斯特提出的翼梢小翼的概念还不能很快得到应用。
在那个年代,翼梢小翼对飞机升阻特性的改善无法胜过其给飞机带来的额外重量。
该设计只能停在图纸上。
1944年11月6日首飞的纳粹德国He 162 战斗机的翼尖使用了类似现代翼梢小翼的设计。
这算是一次较早的尝试。
直到兰彻斯特死后30年的1976年,美国NASA兰利研究中心的惠特科姆博士才重新提起翼梢小翼。
同年,波音公司立即在波音707运输机改装而成的KC-135空中加油机上进行了试验。
小翼的重生一方面是由于上世纪七十年代爆发的能源危机使人们意识到了节油的必要性,另一方面是惠特科姆的个人影响,这个曾提出过跨音速面积律和设计出超临界翼型的人给出的建议无论如何也是值得一试的。
这就是惠特科姆博士。
他对航空航天领域的贡献有三个:一是提出了跨声速面积律(也就是说,腰不细的飞机,在超声速的过程中会很艰难);二是发明了超临界翼型;三是发明(或者叫重新提出)了翼梢小翼。
惠特科姆博士在1976年向NASA提交的翼梢小翼设计初稿。
数据表明,KC-135在加装小翼后,最大飞行高度增加了3.4%,升力系数增大了4.88%,巡航状态升阻比提高了7.8%,航程增加了7.5%。
这次试验肯定了翼梢小翼的价值,此后翼梢小翼开始大量出现在大型客机和运输机上。
图为在1979年到1980年期间,进行了翼梢小翼测试的那架KC-135。
近距离看当年的那架KC-135,能够在翼梢小翼外侧看到用于观测气流情况的小条条。
小翼挡涡流,诱导阻力小小翼是怎样对飞机性能施加影响的呢?这一切要从“诱导阻力”和“翼尖涡流”说起。
诱导阻力是飞行阻力的一个组成部分。
大型飞机在亚声速状态下巡航时,诱导阻力约占总阻力的40%。
正常飞行的飞机,其下翼面的压力必定要大于上翼面,这个压力差便是升力的主要