為什麼絕大多數運輸機都沒有加裝翼尖小翼?
翼尖小翼就是安裝在飛機機翼翼尖的一片垂直翼面,其作用是降低翼尖渦流強度,降低因翼尖渦流產生的誘導阻力。對於對耗油率斤斤計較的民航客機來說,飛機耗油率每降低一克都能帶來額外的英里,天長日久積累下來也是一筆巨大的利潤。
但安裝翼尖小翼帶來的油耗降低終究屬於邊際效益。就拿波音737NG來說,該機的翼尖小翼號稱能在長途航線上可降低油耗4%,也就是說在2小時以上的長時間飛行中才能發揮出翼尖小翼的邊際效益,如果航程果斷,甚至可能會因為翼尖小翼增加阻力和重量而加大油耗。這點邊際效益對於經常飛長途航線的客機自然具有吸引力,但對於運輸機特別是軍用運輸機來說,吸引力就不那麼足了。
首先,運輸機要加裝翼尖小翼的話,需要付出很大的研製和改裝成本,邊際效益並不能保證收回這些成本。例如美國空軍曾在1977年委託波音對KC-135A加油機加裝翼尖小翼展開研究,結果顯示翼尖小翼的確能略微降低油耗,但單機改裝成本高達66000美元,這個成本要在許多年後才能從節約的燃油中收回。
其次,軍用運輸機在飛行中並不總是能處於穩定的高空巡航狀態,需要做各種中低空戰術機動,超低空空投等。在這些高度飛行,空氣密度高阻力大,進一步降低了翼梢小翼帶來的邊際效益。
最後,軍用運輸機並不如民航客機那樣極端重視耗油率,只要飛機性能好、夠潑辣,能完成各種規定戰術任務,耗油率稍高也沒有關係。
所以目前的軍運輸機只有C-17具有翼尖小翼,完全是因為與民航客機在使用要求和飛行環境上完全不同所導致的。
作者:宋磊
飛機裝不裝翼梢小翼最終還要看其成本與收益。一般科普中都寫的,翼梢小翼用以降低飛機的誘導阻力。但其實翼梢小翼也是有缺點的,即增加了飛機的重量和額外的零升阻力。
如果看看比較新的民航客機,可以發現翼梢小翼多用於中短途客機,如737、A320等。值得一提的是,最新的737MAX翼梢小翼設計的尤為誇張。737 MAX如果你關心過787的研製過程的話,可能會發現到當年早期有過一個面向中短途運輸的機型787-3。787-3就是有翼梢小翼的。由於市場太小,最終這個機型被取消了787-3
而目前主要使用的787-8隻使用了斜切式翼尖787-8
那麼除了增加翼梢小翼之外,實際上減少誘導阻力的方法不止一種:提升飛機展弦比、通過修改展向截面而調整升力展向分布等等。
從氣動的角度來看的話,在亞聲速情況下,飛機的誘導阻力與升力係數的平方成正比。而飛機升力係數最大的階段正好是飛機的起降階段。為什麼中短程客機要加翼梢小翼呢?個人認為是由於中短程客機的整個起落過程中,起降階段所佔的時間比較較高,加裝翼梢小翼對這個階段減阻的效果最為明顯。而對於遠程客機而言,起降階段所佔時間較少,而巡航階段的升力係數又比起降階段小很多,那麼加裝翼梢小翼所帶來的降低誘導阻力收益可能小於翼梢小翼帶來的增重、增加零升阻力的負面效果。因此遠程客機,特別是波音的不裝翼梢小翼。
在這裡在補充一下個人對幾個答友提出問題的想法。1.關於斜切翼尖, 波音最新的遠程客機很多都用了這項設計,與其說這是翼梢小翼,我個人更傾向於將其看做是一段延伸出去的機翼以增加飛機展弦比。前面說了,增加展弦比同樣可以減少誘導阻力。
2.關於一部分中遠程飛機增加翼梢小翼的問題。如757、767、747-400。我個人這樣看,對於這類設計較早的飛機而言,由於設計技術在飛機投產之後的進步,廠商認為能夠通過在不改變原生產線的前提下通過加裝一個翼梢小翼以進一步提升性能。因此而加裝小翼。
3.關於設計的一些方法論問題。其實很多教材都提到過,設計是沒有標準答案的。同樣一個目標,有很多種實現方法。有些在某一特定時段,不是很容易就說出是A好還是B好的,這就需要有人做決定。那麼在這種環境下這個決定者選取哪個方案,有些就是根據個人的經驗、喜好等等因素了。比如在設計新飛機時是加一段翼展還是用翼梢小翼(787 vs A350),我認為並無絕對的好與不好。
當然,一個設計的好與壞是沒有絕對的,這和設計公司的經驗積累和設計方法,以及價值取捨有很大的聯繫。比如說你看雖然波音787-8是沒有翼梢小翼的,但空客公司與其競爭的A350就有。A350
最後再回到你所說的,為啥軍用飛機不裝翼梢小翼。參照前面說的,裝與不裝還是與飛機的使用要求和設計方的設計方法有很大聯繫。就像前面conan doyle貼出的C-17就是有翼梢小翼,而設計更晚的我國的Y-20,日本的C-2,巴西的KC-390都沒有翼梢小翼。
飛機裝不裝翼梢小翼最終還要看其成本與收益。一般科普中都寫的,翼梢小翼用以降低飛機的誘導阻力。但其實翼梢小翼也是有缺點的,即增加了飛機的重量和額外的零升阻力。
如果看看比較新的民航客機,可以發現翼梢小翼多用於中短途客機,如737、A320等。值得一提的是,最新的737MAX翼梢小翼設計的尤為誇張。737 MAX如果你關心過787的研製過程的話,可能會發現到當年早期有過一個面向中短途運輸的機型787-3。787-3就是有翼梢小翼的。由於市場太小,最終這個機型被取消了787-3
而目前主要使用的787-8隻使用了斜切式翼尖787-8
那麼除了增加翼梢小翼之外,實際上減少誘導阻力的方法不止一種:提升飛機展弦比、通過修改展向截面而調整升力展向分布等等。
從氣動的角度來看的話,在亞聲速情況下,飛機的誘導阻力與升力係數的平方成正比。而飛機升力係數最大的階段正好是飛機的起降階段。為什麼中短程客機要加翼梢小翼呢?個人認為是由於中短程客機的整個起落過程中,起降階段所佔的時間比較較高,加裝翼梢小翼對這個階段減阻的效果最為明顯。而對於遠程客機而言,起降階段所佔時間較少,而巡航階段的升力係數又比起降階段小很多,那麼加裝翼梢小翼所帶來的降低誘導阻力收益可能小於翼梢小翼帶來的增重、增加零升阻力的負面效果。因此遠程客機,特別是波音的不裝翼梢小翼。
在這裡在補充一下個人對幾個答友提出問題的想法。1.關於斜切翼尖, 波音最新的遠程客機很多都用了這項設計,與其說這是翼梢小翼,我個人更傾向於將其看做是一段延伸出去的機翼以增加飛機展弦比。前面說了,增加展弦比同樣可以減少誘導阻力。
2.關於一部分中遠程飛機增加翼梢小翼的問題。如757、767、747-400。我個人這樣看,對於這類設計較早的飛機而言,由於設計技術在飛機投產之後的進步,廠商認為能夠通過在不改變原生產線的前提下通過加裝一個翼梢小翼以進一步提升性能。因此而加裝小翼。
3.關於設計的一些方法論問題。其實很多教材都提到過,設計是沒有標準答案的。同樣一個目標,有很多種實現方法。有些在某一特定時段,不是很容易就說出是A好還是B好的,這就需要有人做決定。那麼在這種環境下這個決定者選取哪個方案,有些就是根據個人的經驗、喜好等等因素了。比如在設計新飛機時是加一段翼展還是用翼梢小翼(787 vs A350),我認為並無絕對的好與不好。
當然,一個設計的好與壞是沒有絕對的,這和設計公司的經驗積累和設計方法,以及價值取捨有很大的聯繫。比如說你看雖然波音787-8是沒有翼梢小翼的,但空客公司與其競爭的A350就有。A350
最後再回到你所說的,為啥軍用飛機不裝翼梢小翼。參照前面說的,裝與不裝還是與飛機的使用要求和設計方的設計方法有很大聯繫。就像前面conan doyle貼出的C-17就是有翼梢小翼,而設計更晚的我國的Y-20,日本的C-2,巴西的KC-390都沒有翼梢小翼。
翼尖小翼位於飛機的翼尖,由於飛機上下機翼表面會產生壓力差,在翼尖出形成渦流,導致機翼升力下降,影響飛機飛行。所以為了解決這一問題,技術人員在機翼末端安裝了翼尖小翼有效提高了機翼的飛行效率,同時也改善了飛機的超控性能。
通常安裝翼尖小翼可以提高機翼升力,降低飛機油耗。同時由於翼尖小翼結構複雜,會大大增加機翼的重量。所以是否安裝就需要在提高機翼升力和增加機翼重量之間進行取捨。
相對於航程較近的飛行距離,選擇安裝可以提高燃油經濟性;但是對於航程較長的運輸機來說,考慮到原本機翼就比較大,還比較重,如果再增加翼尖小翼的話,會大大增加機翼的重量,由於飛行運輸距離很長,為增加的重量付出的油耗遠遠超過安裝翼尖小翼提高的升力節省下來的油耗,所以經過取捨,運輸機一般都選擇不安裝。
目前一般都是大型客機安裝較多,由於大型客機對速度、航程、經濟性要求較高,而大部分大型客機飛行距離較近、航程較短,所以大客機安裝較多。而運輸機是否加裝,主要考慮是否能降低油耗,而且運輸機安裝翼尖小翼會增加重量和製造難度,所以大都選擇不安裝了。
目前是否安裝小翼也根據客戶自己的需求決定的,大部分飛機製造商都可以是根據客戶具體的要求來決定是否加裝。
飛機襟翼歸銷售部管,用來開源增加額外升力!
飛機翼梢小翼歸後勤部管,用來節流減少飛行阻力!
頭條噴子族群歸俺管,用來助力噴氣式飛機砥礪前行!
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