飛機翼型哪幾種?飛行阻力對飛機的飛行品質,經濟性,以及氣動性能有重要的影響一般飛行阻力包括好幾個部分,但其中影響比較大的3個分别是誘導阻力、形狀阻力以及激波阻力不過由于目前普通民航飛機飛行速度都沒有突破音速,因此,激波阻力對于目前亞音速飛行的民航飛機來說是沒有的那麼剩下的阻力就主要是:形狀阻力和誘導阻力其中誘導阻力占較大部分,民航飛機在亞音速巡航時,誘導阻力占總阻力的40%左右在較大迎角飛行時所占比例更大誘導阻力減小1%可使巡航升阻比增加0.4%,誘導阻力的減少還能有效增加飛機的航程因此減小飛機的誘導阻力,對節約油耗、降低飛機的運行成本和提高飛機的經濟性具有重要而迫切的現實意義,我來為大家科普一下關于飛機翼型哪幾種?以下内容希望對你有幫助!
飛行阻力對飛機的飛行品質,經濟性,以及氣動性能有重要的影響。一般飛行阻力包括好幾個部分,但其中影響比較大的3個分别是誘導阻力、形狀阻力以及激波阻力。不過由于目前普通民航飛機飛行速度都沒有突破音速,因此,激波阻力對于目前亞音速飛行的民航飛機來說是沒有的。那麼剩下的阻力就主要是:形狀阻力和誘導阻力。其中誘導阻力占較大部分,民航飛機在亞音速巡航時,誘導阻力占總阻力的40%左右。在較大迎角飛行時所占比例更大。誘導阻力減小1%可使巡航升阻比增加0.4%,誘導阻力的減少還能有效增加飛機的航程。因此減小飛機的誘導阻力,對節約油耗、降低飛機的運行成本和提高飛機的經濟性具有重要而迫切的現實意義。
二、誘導阻力的産生根源與翼梢小翼的誕生誘導阻力的産生還要從飛機的升力說起。我們知道,飛機之所以能夠在天上飛行而不掉下來,是因為受到了空氣的托舉力的作用。那麼這種托舉力是以什麼方式作用在飛機上的呢?答案就是——壓差。即飛機在飛行時,其機翼下表面的空氣壓強要比上翼面的壓強大的多。這樣上下翼面就會有一個向上的壓強差,這就能夠使得飛機克服重力,飛上藍天。
機翼剖面圖
壓差給飛機提供了升力,但是也産生了另一個問題,那就是我們要說的——誘導阻力。我們知道機翼,下翼面壓強大,上翼面壓強小,機翼在中間,相當于隔開了兩種壓強的氣流。但是飛機的機翼不是無邊無界的。不論機翼有多長,總會有一個翼尖邊界。這下就壞事了,因為翼尖邊界處,機翼就沒法有效的隔開兩種壓強的氣流了。下翼面壓強大的氣流會沿着翼尖邊緣向上翼面跑,這樣就會在翼尖處形成翼尖渦。當飛機快速飛行時,翼尖産生的渦流從翼尖向後流去,同時會産生向下的下洗速度。氣流的下洗會使得機翼的升力減小,這就産生了誘導阻力。下洗速度在兩邊的翼尖處最嚴重,向翼根方向逐漸減弱。這種現象也不是看不着摸不到,我們平時可能看到過很多戰機在飛過之後,左右翼尖處會拖出兩條白霧狀的渦流束。這是因為渦流内部的壓強很小,空氣中的水分子因膨脹冷卻而凝結成細小的水霧,從而顯現出了翼尖渦的痕迹。
搞清楚了誘導阻力的産生方式之後,就仿佛有了突破點。既然翼尖渦是産生誘導阻力的罪魁禍首,那我們能不能弄塊闆把從機翼下翼面往上翼面跑的氣流擋住呢?于是最初的翼梢小翼就誕生了。
上方是普通機翼産生的翼尖渦;下方是翼梢小翼降低了翼尖渦的強度
戰機機翼兩側的水霧顯現出了翼尖渦的痕迹
三、翼梢小翼的作用商用飛機加裝翼梢小翼能夠顯著降低誘導阻力,進而提高飛機的燃油經濟性和航程。翼梢小翼的構思與大型鳥類的翅膀有異曲同工之妙,這些鳥類在飛行中展開翅膀并向上偏折翼尖羽毛以減小阻力,使其能以很小的高度損失而做遠距離滑翔。翼稍小翼在本質上講就是一種類似鳥兒的翼尖的裝置,空氣動力學家對于翼尖裝置的研究有百餘年的曆史。但直到20世紀70年代,美國空氣動力學專家惠特科姆才正式提出的翼稍小翼概念,後來翼梢小翼技術才陸續在飛機上取得實際性的運用。
鷹在飛行時翅尖的羽毛向上卷起,與翼梢小翼有異曲同工之妙
加裝翼梢小翼的首要作用是減小飛機的誘導阻力,不僅可以降低飛機飛行油耗、提高飛行經濟性和環保性,而且翼稍小翼也能加速翼尖渦的耗散,産生附加升力和向前推力,延遲翼尖氣流分離,增大飛機失速迎角。具體來說,翼梢小翼對民航客機的好處主要有以下幾點:
翼稍小翼具有翼尖端闆的效用,有利于阻擋機翼下表面氣流向上表面氣流的繞流,即削弱了翼尖渦強度,從而增大了機翼有效展弦比。
翼稍小翼能削弱機翼的翼尖渦,将翼尖集中渦破碎成許多小線渦,同時翼稍小翼本身的環流可抵抗機翼翼尖周圍的氣流流動,并在黏性耗散作用下減小下洗的氣流場強度。
翼稍小翼可利用機翼翼尖的畸變流場産生向内的側向力,這個力可分解為向上升力和向前推力,這也是翼稍小翼與普通的機翼端闆區别的重要标志。這有利于增加機翼的升阻比,提高飛機起落性能,縮短飛機起飛滑跑的距離,并且還可以有效降低地面噪聲。
安裝有翼稍小翼的機翼翼尖逆壓場與翼稍小翼的順壓場相對應,使機翼翼尖區壓力分布不再尖而陡,而是變得更加豐滿,可以減小逆壓梯度,延遲機翼翼尖氣流分離,從而提高飛機的失速迎角,這對于飛行安全有重要作用。
減弱大型客機的尾渦系,這樣就能提高機場附近飛行安全和機場使用率,縮短飛機放飛和着陸時間間隔。
大型客機的飛過後産生的渦系
前方飛機産生的渦系會嚴重影響後方飛機的飛行安全
四、翼梢小翼的實際運用從20世紀80年代空客公司“尖刀式”翼稍小翼和波音公司梯形翼稍小翼相繼被用于A310—300和B747—400,到如今翼梢小翼在民航客機中取得了廣範的應用,技術越發的成熟。
1、梯形翼稍小翼
20世紀70年代,美國宇航局提出了梯形翼稍小翼方案,波音公司在20世紀80年代末首次将此項技術應用于大型幹線客機B747—400,使其航程較B747—300提升了3.5%。此後,梯形翼稍小翼還被應用于A330、A340等幹線客機産品。梯形翼稍小翼對于改善機翼上表面氣動流線向内偏斜有較好的作用,但對改善機翼下表面氣動流線向外偏斜作用相對較弱,因此在設計時,其面積需要設計的比較大。
波音747上的梯形翼梢小翼
2、尖刀式翼稍小翼
空客公司的民機産品普遍選用的翼尖裝置被俗稱為“尖刀式”翼稍小翼,實際上它是一種翼尖渦擴散器。這種裝置通過減小和控制交叉流、減弱翼尖渦、改進翼尖升力分布等方式來降低飛機阻力。20世紀80年代,“尖刀式”的渦擴散器最先被應用于A310—300,此後被應用于A300一600、A320和A380等機型。“尖刀式”渦擴散器比常規的翼梢小翼要小的多,這對于減小重量代價,改善翼根處的受力有很大的優勢。
A380上的尖刀式翼梢小翼
3、融合式翼稍小翼
20世紀90年代末,不斷上漲的航油價格使得航空公司渴望找到更好的方法,來提高飛機氣動性能并節省燃油。APB公司研制的融合式翼稍小翼很好地解決了這一問題。融合式翼稍小翼最大特點是在翼稍小翼與機翼之間采用了光滑的大曲率過渡連接,并采用了大展弦比,這有效減小了翼稍小翼與機翼之間的氣動幹涉,同時改善了受力情況,增加了翼尖處抗彎和抗扭強度。融合式翼稍小翼在2000年率先應用于波音公務機中,後來被移植到衆多型号的客機中。
融合式翼梢小翼
4、斜削式翼稍小翼
斜削式翼稍小翼是機翼與翼稍小翼一體化設計的産物,它使機翼在翼尖有一個較大角度的斜削,嚴格來說它已成為機翼的一部分。斜削式翼稍小翼技術最早被用于B777—300ER,後來又被推廣至B787和B747等部分系列機型。高度斜削翼梢小翼能夠提高飛機性能,有助于縮短飛機起飛時在跑道上的滑行距離,提高爬升性能并降低油耗,更好的爬升性能也意味着産生更小的噪音,從而減輕了對周圍環境的影響。據NASA和波音公司測算,加裝斜削式翼稍小翼可降低5.5%的飛行阻力,這比加裝傳統翼稍小翼提高了3.5~4.5個百分點。例如B777—300ER安裝斜削式翼梢小翼後,其燃油效率提高了2%。因此每架飛機每年能為航空公司節約14萬美元燃油支出,這相當于每架飛機每年節省130萬磅燃油,減少390萬磅二氧化碳氣體排放。
波音787上的斜削式翼稍小翼
五、新型翼梢小翼1、雙羽狀翼稍小翼
2012年5月2日,波音公司公布了B737MAX的新的翼梢小翼設計概念,采用了先進技術的雙羽狀翼梢小翼将使B737MAX在原定提升10%~12%燃油效率的基礎上,依據不同航程可額外減少1.5%燃油消耗。融合式翼梢小翼可節約4%燃油,而采用雙羽狀翼梢小翼的可在同樣長度航線上實現5.5%燃油效率提升。
737MAX上更為新型的雙羽狀的翼梢小翼
2、螺旋式翼稍小翼
與上翹外形的融合式翼梢小翼不同,螺旋式翼梢小翼的外形像一個細長的翼梢綢帶,伸展以後向上轉折360度卷回到機翼翼梢的上表面,形成一個大的剛性閉合環。相對于融合式翼梢小翼,環狀螺旋形翼梢小翼相當于在翼梢形成了2個翼梢小翼,幾乎可以達到雙倍效果,所以有時也被稱為“雙翼梢小翼”。由于螺旋式翼梢小翼更為徹底地改變了機翼翼梢的構型,因而改變機翼翼梢尾渦的能力更強。這種翼梢小翼幾乎可以完全消除翼梢渦,它不僅允許與其後面的飛機保持更小間隔距離,從而提高機場的使用率,還能把飛機巡航阻力降低近一半,可全面改善飛機性能,增加安全性。
螺旋式翼梢小翼
六、總結翼梢小翼重新調整了翼尖渦流,阻礙上下表面的空氣繞流,從而減小渦流的強度,有效減少了飛行時的阻力和燃料消耗。此外,合适的角度能同時産生向上和向前的分力,進而增加飛機的推力和升力。翼梢小翼對于增加飛機的升阻比和航程,幫助航空公司提高經濟效應,有重要的作用。
另外翼尖渦雖然對于飛機來說不僅會增大阻力,還會誘發機翼氣流分離,似乎看起來不是什麼好的東西。不過事物總是有它的兩面性的,在自然界中,我們還能找到翼尖渦被有效利用的一面:我們經常看到群雁遷徙時,一般都會排成人字形,強壯的大雁排在最前面,幼小的小雁排在後外側,這樣就能使得後面的小雁處于前雁翅尖所形成的渦流之中。渦流在翅尖的外側是從下往上流動的,這樣就能形成上洗的氣流,因而排在後外側方的小雁飛起來就能更加的輕松。
大雁排成人字形飛行
利用翼尖渦飛行原理圖
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