小翼

在机翼设计在翼稍入了小的垂直隆起。

飞机小翼又称“端翼”或润扩散器，是一种装在机翼翼梢处、近似垂直于机翼的小翼面。可以减小飞行诱导阻力，改善飞机燃油效率和增加巡航航程。

翼尖小翼（winglet或wingtip），又称作翼梢小翼、翼尖帆或翼端帆。翼尖小翼可有效的改善飞机燃油效率和增加巡航航程。

设计原理

飞机的机翼主要是用来产生升力的，而空气流经机翼上、下表面时就会形成压力差。这个压差产生升力，但这个压差也在翼尖造成横向的自下而上、自外而内的涡流。翼尖涡带动空气，含有很大的能量，拖带在翼尖之后，形成可观的阻力。这种阻力就是我们所说的诱导阻力。

有了翼尖折起的小翼之后，情况就有很大不同。机翼下表面的气流依然向上表面流动，但由于翼尖小翼挡住了涡流，因此减小了飞机的诱导阻力。所以在翼尖安装上一对翼尖小翼，是一种降低机翼涡流的相当简单而且有效的新措施。翼尖小翼不可能消除翼尖涡流，只能降低涡流强度，其中小翼形状及与机翼的融合很有讲究，否则会引起额外的附加阻力。

翼尖小翼的另一个解释是相当于扩展了有效翼展，更大的翼展意味着可以降低速度而达到同样的升力，达到减阻目的。用航空术语来说，就是通过更大的展弦比来提高升阻比，从而降低诱导阻力。

作用

降低翼尖涡流的强度

翼梢小翼具有翼尖端板的作用，它首先阻挡了机翼下表面气流向上表面的绕流，也就是削弱了翼尖涡的强度，从而增大了机翼的有效展弦比，起到了减小诱导阻力和增加升力的作用。目前，高亚声速运输机为了降低诱导阻力和提高升阻比，机翼的翼展越来越大，常常造成停机机库跨度不足以及地面调动的困难。在机翼翼尖加装翼梢小翼后，可以基本上不增加机翼的实际翼展，而达到同样的气动力效果，这是翼梢小翼的独特优点。

由于翼梢小翼有分散翼尖涡的作用，即能削弱机翼的翼尖涡，将翼尖集中涡破碎成许多小涡线。由于粘性耗的散作用，减小了下洗场的强度。因为翼梢小翼本身在翼尖流场中产生升力和尾涡，它与机翼翼尖涡距离很近，相互缠绕，这两股涡在相遇处各自的诱导速度方向相反，也就是翼梢小翼本身的环流可以用来抵抗机翼翼尖周围的气流流动，从而减弱了翼尖涡的强度。

降低尾迹对机场空域的影响

现代大型客机在起飞和着陆时，左右机翼会产生两个很大的尾涡，对后面跟进的飞机而言，这种尾涡需要((2一3) min才能减弱到安全的程度。如果在尾涡没有减弱到安全程度前，跟进的飞机或需要横穿这一空域的飞机要受到严重影响，其姿态会发生很大的变化，有的会发生强烈的滚转，有的会猛烈下降，较小型的飞机甚至会翻滚坠地，发生飞行事故。因此，现代大型客机在起飞和着陆时，每架飞机起飞或着陆的时间必须大于2min。由此可见，使用翼梢小翼可使大型客机的尾迹减弱，对提高飞机安全以及机场使用效率具有重要意义。

延迟翼尖分离，提高失速迎角

目前，大多数现代运输机采用后掠翼布局，在大迎角飞行时，后掠翼会容易出现翼尖失速现象。其原因有以下两点:由于后掠翼的翼尖与翼根效应，从翼根到翼尖的气流压力会逐渐降低，使边界层内的空气向翼尖方向流动，以致翼尖部分的边界层变厚，容易产生气流分离。当气流流过后掠翼时，由于翼尖效应，在翼尖部分上表面前段，流管变细，气流加速，压力降低，会形成较大的吸力区;而在上表面后段，由于流管扩张，气流减速，压力升高，吸力减小，于是翼尖上表面的后段与最低压力点之间的逆压梯度增大，从而使翼尖处边界层的气流容易分离。

增加机翼升力并提供向前的推力

上翼梢小翼可产生向内的侧向力，该力可分成向上的升力和向前的推力两项。翼梢小翼处在两种气流的混合流场中，一种是来流，另一种是翼尖涡造成的侧洗流。由于机翼上下表面存在压力差，因此会在翼尖处形成上表面向内翼方向的洗流和下表面向外的洗流，合成一个侧洗流场。来流与侧洗流形成相对于翼梢小翼的来流场，即局部来流，从而使机翼的空气动力发生变化。这种变化有两点，一是在翼梢小翼相对局部来流产生一个垂直于局部来流的升力，即侧向力;二是产生一个平行于局部来流的诱导阻力。向内侧的升力和诱导阻力在来流方向的投影之和即为向前的推力。如果适当地选取翼梢小翼的平面形状和高性能翼型以及合理地进行布局，那么向前的推力不仅能克服翼梢小翼本身的废阻力，而且还有剩余，因为翼梢小翼的废阻很小。因为翼梢小翼带有一定的外倾角，其侧向力在机翼升力方向有一个投影，这就是翼梢小翼产生的升力。实践证明，由于加装翼梢小翼后，飞机的诱导阻力减小，并产生附加升力，因此飞机在巡航时的升阻比可增加到0.8-1，某些情况下甚至可能大于1，这就会使飞机的航程有较大的增加。

发展历程

翼尖小翼的概念最早可以上溯到19世纪初一位英国空气动力学家的构想，但这一概念一直停留在图纸上，直到上世纪70年代初油价开始高涨时，美国国家航空航天局的空气动力学家R·T·惠特科姆首次将其与真正的飞机联系在一起。

70年代中期，美国R.T.惠特科姆通过一系列的试验证实了它的减阻效果。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%～35%,相当于升阻比提高7%。

早期的翼尖小翼就是翼尖上简单的垂直小翼，但翼尖小翼的额外重量要求对机翼作额外加强，小翼本身的重量也间接增加了阻力。更有甚者，垂直的小翼和水平的机翼的转角处容易形成不利气动干扰，处理不好会带来额外阻力。所以早期翼尖小翼的应用毁誉参半，尤其是很多在现有设计上“硬性嫁接”的翼尖小翼，时尚和美观因素多于气动上的益处。波音737NG上的翼尖小翼与机翼圆滑对接，减少了不利气动干扰的影响，同时略微外倾，更加有利于产生升力，号称在长途航线上可以降低油耗4%。由于翼尖涡卷具有很大的横向流动速度分量，小翼的纵向局部真实速度降低，容易进入失速，大大降低小翼的效果。空客A320“经典型”的翼尖小翼则同时向上和向下延展，进一步减少翼尖涡卷，降低翼尖小翼失速的影响。

空中客车公司于2009年年底推出飞机融合式翼尖小翼的“鲨鳍小翼”，它是空客为最畅销的A320系列飞机进行的持续改进项目中的最新元素。鲨鳍小翼由复合材料制成，高2.4米。装配鲨鳍小翼的A320系列飞机可以比现有的翼尖小翼节油4%，或者增加185公里航程，或者增加450公斤载重量。每年每架飞机可减少排放1000多吨的二氧化碳，这相当于200辆家用汽车一年的排放量。而且，装配鲨鳍小翼的A320系列飞机拥有更好的起飞性能，越障和爬升能力得到大幅提高。例如装配鲨鳍小翼的A321飞机可以在起飞后直接爬升到比普通A321更高的初始巡航高度。另外，由于阻力减小，发动机在飞行时的平均推力随之减小，发动机养护成本也随之降低。但是“鲨鳍小翼”的外形与波音737NG的翼尖融合小翼惊人地相似，以至于引来专利侵权官司。

与此同时，波音最新的737AX推出“双羽”小翼，相当于把737NG的翼尖融合小翼增加了空客A320那样的下小翼。波音号称比翼尖融合小翼进一步节油1.6%。波音还推出“双弯刀”小翼，与“双羽”相似，但小翼前缘像土耳其弯刀一样是弧线的，进一步降低阻力。波音号称“双弯刀”小翼比翼尖融合小翼进一步降低油耗2%。

更进一步的是盒式小翼，这相当于把传统的单片式小翼用一个矩形“隧道”来代替，上下的水平翼面相当于双翼，成为额外的机翼翼面，产生升力。左右的垂直翼面中，内侧的垂直部分相当于大型翼刀，阻止因为机翼后掠而导致的上表面气流横向流动，降低升力损失；外侧的垂直部分相当于传统翼尖小翼，阻止翼尖气流涡卷。盒式小翼虽然结构部件更多，但顶端的“横梁”对结构起到加强作用，降低了传统翼尖小翼的结构加强要求，实际上减轻了结构重量。与盒式小翼相似的是环形小翼，这事实上不是完全的环形，更像融合小翼在翼尖继续向内侧圆滑弯曲，并继续延续向下，直至与机翼结合。与盒式小翼相比，环形小翼在受力和降低不利气动干扰方面更加有利。

比较折中的是S形翼尖小翼，从正面看，好像一个向外弯曲的钩子。翼尖小翼减少翼尖涡卷的绕流，但翼尖小翼本身在自己的翼尖也有涡卷绕流，自外而内，自上而下。这也形成阻力，尽管强度已经比原来的机翼翼尖阻力降低很多。在小翼翼尖再增加向外的“小小翼”，可以降低这个阻力。从外形上看，这就像斜躺着的S。这也可以看成环形小翼的内侧一半。与盒式或者环形小翼相比，S形小翼比较简单，但结构和受力设计依然比“双羽”或者“双弯刀”设计复杂。

不过翼尖小翼在靠近翼尖的部位产生额外升力，这对减阻增升有好处，但翼根的弯折扭矩增大，需要额外加强，导致重量增加，部分抵消了减阻增升的好处。为了降低额外增加的弯折扭矩，另一种思路是在把翼尖小翼反一个方向，向下而不是向上，但在向下延伸的同时，向内稍稍弯曲。这样一方面阻止机翼下表面的横向气流越过翼尖继续横向流动，产生翼尖涡卷，又使得横向气流的冲刷产生一定的向下的负升力，抵消部分靠近翼尖的额外升力，降低翼根的弯折扭矩，降低结构加强要求。这样降低了小翼增升的作用，但减阻作用依然保留。

但翼尖小翼只是传统的筒-翼布局飞机减租的一部分。美国空军研究所正在研究一系列新颖的技术，尤其是可以直接应用于机体或者机翼表面的新技术，其中有些可以用于现有飞机的改装。

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