刘沛清教授专栏：机翼翼梢小翼的作用与型式

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机翼翼梢小翼的作用与型式

作者：北京航空航天大学航空学院刘沛清教授编辑：一溪清泉

仔细观察鸟在着陆和翱翔时羽翼的形态，可以发现鸟类在翱翔时，羽翼尽可能向两端延伸，以获取低的阻力。而在着陆时，羽翼会尽可能展开，以获取更大的升力。

鸟在翱翔时与起飞着陆时机翼形状对比

天鹅在翱翔时羽翼翼梢羽毛也出现翘起来的形状，仿照此形状，1967年美国NASA兰利风洞实验室主任人Whitcomb发明了一种翼梢上翘的装置，称为翼梢小翼。翼梢小翼主要是为了减小飞机巡航的诱导阻力。现在美国波音和欧洲空格公司生产的大型飞机基本度都装了翼梢小翼，我国的ARJ21客机和C919飞机也要安装翼梢小翼。

由于翼尖表面的压差作用，空气趋向于围绕翼尖沿下表面向外侧流动，而沿上表面向内侧流动。加装翼梢小翼后，翼梢涡的作用，将会对机翼展向流动起到端板的效应，并且小翼涡对机翼翼梢涡起到扩散作用，从而使机翼尾涡的下洗作用减弱，减小了下洗角，降低了诱导阻力。目前在民机上所用的翼梢小翼有：翼梢小翼、翼梢涡扩散器、鲨鱼鳍翼梢小翼、翼梢帆片等。

翼梢小翼的主要特点：（1）端板效应，阻挡机翼下表面绕到上表面的绕流，消弱翼尖涡强度，从而有效增大机翼有效展弦比；（2）耗散主翼尖涡作用，因为翼梢小翼本身也是个小机翼，也能产生翼尖涡，其方向与主翼翼尖涡虽然相同，但因距离很近，在两涡交汇处剪切作用很大，造成大的粘性耗散，阻止了主涡的卷绕，起到扩散主涡的作用，同样达到减少诱导阻力的目的；（3）增加机翼升力及向前推力，上翼梢小翼可利用三元畸变流场产生小翼升力和推力分量；（4）推迟机翼翼尖气流的过早分离，提高失速迎角。一般来说，后掠机翼翼尖是三元效应区，流管收缩，气流流过时先是急剧加速，压力降低，后是剧烈的压力恢复，进入很陡的逆压梯度区，过早引起翼尖边界层分离，造成失速。然而安装在翼尖处的翼梢小翼可用其顺压场抵消部分翼尖逆压场，使压力分布变得缓和，减小逆压梯度。如果设计得当就可延迟机翼翼尖处的气流分离，提高飞机失速迎角及抖振升力系数。

翼梢小翼的效果：翼梢小翼有单上小翼、上下小翼等多种形式的翼梢小翼。单上小翼由于结构简单而使用较多。飞机的诱导阻力约占巡航阻力的30%。降低诱导阻力对提高巡航经济性具有重要意义。机翼的展弦比越大，诱导阻力越小。过分大的展弦比会使机翼太重，因而增大机翼展弦比有一定限度。翼梢小翼除作为翼梢端板能起增加机翼有效展弦比的作用外，还由于它利用机翼翼梢气流的偏斜而产生的“拉力效应”能减小诱导阻力。风洞实验和飞行试验结果表明，翼梢小翼能使全机诱导阻力减小20%～30%,相当于升阻比提高5%。翼梢小翼作为提高飞行经济性、节省燃油的一种先进空气动力设计措施，已在很多飞机上得到采用。

天鹅翱翔与飞机平飞的翼梢小翼