小翼(在機翼設計在翼稍入了小的垂直隆起。)

飛機小翼又稱“端翼”或潤擴散器，是一種裝在機翼翼梢處、近似垂直於機翼的小翼面。可以減小飛行誘導阻力，改善飛機燃油效率和增加巡航航程。

基本介紹

• 中文名：小翼
• 外文名：winglet

翼尖小翼（winglet或wingtip），又稱作翼梢小翼、翼尖帆或翼端帆。翼尖小翼可有效的改善飛機燃油效率和增加巡航航程。

設計原理

飛機的機翼主要是用來產生升力的，而空氣流經機翼上、下表面時就會形成壓力差。這個壓差產生升力，但這個壓差也在翼尖造成橫向的自下而上、自外而內的渦流。翼尖渦帶動空氣，含有很大的能量，拖帶在翼尖之後，形成可觀的阻力。這種阻力就是我們所說的誘導阻力。

翼尖渦

有了翼尖折起的小翼之後，情況就有很大不同。機翼下表面的氣流依然向上表面流動，但由於翼尖小翼擋住了渦流，因此減小了飛機的誘導阻力。所以在翼尖安裝上一對翼尖小翼，是一種降低機翼渦流的相當簡單而且有效的新措施。翼尖小翼不可能消除翼尖渦流，只能降低渦流強度，其中小翼形狀及與機翼的融合很有講究，否則會引起額外的附加阻力。

翼尖小翼對降低翼尖渦流的作用

翼尖小翼的另一個解釋是相當於擴展了有效翼展，更大的翼展意味著可以降低速度而達到同樣的升力，達到減阻目的。用航空術語來說，就是通過更大的展弦比來提高升阻比，從而降低誘導阻力。

作用

降低翼尖渦流的強度

翼梢小翼具有翼尖端板的作用，它首先阻擋了機翼下表面氣流向上表面的繞流，也就是削弱了翼尖渦的強度，從而增大了機翼的有效展弦比，起到了減小誘導阻力和增加升力的作用。目前，高亞聲速運輸機為了降低誘導阻力和提高升阻比，機翼的翼展越來越大，常常造成停機機庫跨度不足以及地面調動的困難。在機翼翼尖加裝翼梢小翼後，可以基本上不增加機翼的實際翼展，而達到同樣的氣動力效果，這是翼梢小翼的獨特優點。

由於翼梢小翼有分散翼尖渦的作用，即能削弱機翼的翼尖渦，將翼尖集中渦破碎成許多小渦線。由於粘性耗的散作用，減小了下洗場的強度。因為翼梢小翼本身在翼尖流場中產生升力和尾渦，它與機翼翼尖渦距離很近，相互纏繞，這兩股渦在相遇處各自的誘導速度方向相反，也就是翼梢小翼本身的環流可以用來抵抗機翼翼尖周圍的氣流流動，從而減弱了翼尖渦的強度。

降低尾跡對機場空域的影響

現代大型客機在起飛和著陸時，左右機翼會產生兩個很大的尾渦，對後面跟進的飛機而言，這種尾渦需要((2一3) min才能減弱到安全的程度。如果在尾渦沒有減弱到安全程度前，跟進的飛機或需要橫穿這一空域的飛機要受到嚴重影響，其姿態會發生很大的變化，有的會發生強烈的滾轉，有的會猛烈下降，較小型的飛機甚至會翻滾墜地，發生飛行事故。因此，現代大型客機在起飛和著陸時，每架飛機起飛或著陸的時間必須大於2min。由此可見，使用翼梢小翼可使大型客機的尾跡減弱，對提高飛機安全以及機場使用效率具有重要意義。

延遲翼尖分離，提高失速迎角

目前，大多數現代運輸機採用後掠翼布局，在大迎角飛行時，後掠翼會容易出現翼尖失速現象。其原因有以下兩點:由於後掠翼的翼尖與翼根效應，從翼根到翼尖的氣流壓力會逐漸降低，使邊界層內的空氣向翼尖方向流動，以致翼尖部分的邊界層變厚，容易產生氣流分離。當氣流流過後掠翼時，由於翼尖效應，在翼尖部分上表面前段，流管變細，氣流加速，壓力降低，會形成較大的吸力區;而在上表面後段，由於流管擴張，氣流減速，壓力升高，吸力減小，於是翼尖上表面的後段與最低壓力點之間的逆壓梯度增大，從而使翼尖處邊界層的氣流容易分離。

增加機翼升力並提供向前的推力

上翼梢小翼可產生向內的側向力，該力可分成向上的升力和向前的推力兩項。翼梢小翼處在兩種氣流的混合流場中，一種是來流，另一種是翼尖渦造成的側洗流。由於機翼上下表面存在壓力差，因此會在翼尖處形成上表面向內翼方向的洗流和下表面向外的洗流，合成一個側洗流場。來流與側洗流形成相對於翼梢小翼的來流場，即局部來流，從而使機翼的空氣動力發生變化。這種變化有兩點，一是在翼梢小翼相對局部來流產生一個垂直於局部來流的升力，即側向力;二是產生一個平行於局部來流的誘導阻力。向內側的升力和誘導阻力在來流方向的投影之和即為向前的推力。如果適當地選取翼梢小翼的平面形狀和高性能翼型以及合理地進行布局，那么向前的推力不僅能克服翼梢小翼本身的廢阻力，而且還有剩餘，因為翼梢小翼的廢阻很小。因為翼梢小翼帶有一定的外傾角，其側向力在機翼升力方向有一個投影，這就是翼梢小翼產生的升力。實踐證明，由於加裝翼梢小翼後，飛機的誘導阻力減小，並產生附加升力，因此飛機在巡航時的升阻比可增加到0.8-1，某些情況下甚至可能大於1，這就會使飛機的航程有較大的增加。

發展歷程

翼尖小翼的概念最早可以上溯到19世紀初一位英國空氣動力學家的構想，但這一概念一直停留在圖紙上，直到上世紀70年代初油價開始高漲時，美國國家航空航天局的空氣動力學家R·T·惠特科姆首次將其與真正的飛機聯繫在一起。

70年代中期，美國R.T.惠特科姆通過一系列的試驗證實了它的減阻效果。翼梢小翼除作為翼梢端板能起增加機翼有效展弦比的作用外，還由於它利用機翼翼梢氣流的偏斜而產生的“拉力效應”能減小誘導阻力。風洞實驗和飛行試驗結果表明，翼梢小翼能使全機誘導阻力減小20%～35%,相當於升阻比提高7%。

早期的翼尖小翼就是翼尖上簡單的垂直小翼，但翼尖小翼的額外重量要求對機翼作額外加強，小翼本身的重量也間接增加了阻力。更有甚者，垂直的小翼和水平的機翼的轉角處容易形成不利氣動干擾，處理不好會帶來額外阻力。所以早期翼尖小翼的套用毀譽參半，尤其是很多在現有設計上“硬性嫁接”的翼尖小翼，時尚和美觀因素多於氣動上的益處。波音737NG上的翼尖小翼與機翼圓滑對接，減少了不利氣動干擾的影響，同時略微外傾，更加有利於產生升力，號稱在長途航線上可以降低油耗4%。由於翼尖渦卷具有很大的橫向流動速度分量，小翼的縱向局部真實速度降低，容易進入失速，大大降低小翼的效果。空客A320“經典型”的翼尖小翼則同時向上和向下延展，進一步減少翼尖渦卷，降低翼尖小翼失速的影響。

波音737的融合式小翼

空中客車公司於2009年年底推出飛機融合式翼尖小翼的“鯊鰭小翼”，它是空客為最暢銷的A320系列飛機進行的持續改進項目中的最新元素。鯊鰭小翼由複合材料製成，高2.4米。裝配鯊鰭小翼的A320系列飛機可以比現有的翼尖小翼節油4%，或者增加185公里航程，或者增加450公斤載重量。每年每架飛機可減少排放1000多噸的二氧化碳，這相當於200輛家用汽車一年的排放量。而且，裝配鯊鰭小翼的A320系列飛機擁有更好的起飛性能，越障和爬升能力得到大幅提高。例如裝配鯊鰭小翼的A321飛機可以在起飛後直接爬升到比普通A321更高的初始巡航高度。另外，由於阻力減小，發動機在飛行時的平均推力隨之減小，發動機養護成本也隨之降低。但是“鯊鰭小翼”的外形與波音737NG的翼尖融合小翼驚人地相似，以至於引來專利侵權官司。

A320的鯊鰭小翼

雙叉彎刀式小翼

與此同時，波音最新的773MAX推出“雙羽”小翼，相當於把737NG的翼尖融合小翼增加了空客A320那樣的下小翼。波音號稱比翼尖融合小翼進一步節油1.6%。波音還推出“雙彎刀”小翼，與“雙羽”相似，但小翼前緣像土耳其彎刀一樣是弧線的，進一步降低阻力。波音號稱“雙彎刀”小翼比翼尖融合小翼進一步降低油耗2%。

更進一步的是盒式小翼，這相當於把傳統的單片式小翼用一個矩形“隧道”來代替，上下的水平翼面相當於雙翼，成為額外的機翼翼面，產生升力。左右的垂直翼面中，內側的垂直部分相當於大型翼刀，阻止因為機翼後掠而導致的上表面氣流橫向流動，降低升力損失；外側的垂直部分相當於傳統翼尖小翼，阻止翼尖氣流渦卷。盒式小翼雖然結構部件更多，但頂端的“橫樑”對結構起到加強作用，降低了傳統翼尖小翼的結構加強要求，實際上減輕了結構重量。與盒式小翼相似的是環形小翼，這事實上不是完全的環形，更像融合小翼在翼尖繼續向內側圓滑彎曲，並繼續延續向下，直至與機翼結合。與盒式小翼相比，環形小翼在受力和降低不利氣動干擾方面更加有利。

環型小翼

比較折中的是S形翼尖小翼，從正面看，好像一個向外彎曲的鉤子。翼尖小翼減少翼尖渦卷的繞流，但翼尖小翼本身在自己的翼尖也有渦卷繞流，自外而內，自上而下。這也形成阻力，儘管強度已經比原來的機翼翼尖阻力降低很多。在小翼翼尖再增加向外的“小小翼”，可以降低這個阻力。從外形上看，這就像斜躺著的S。這也可以看成環形小翼的內側一半。與盒式或者環形小翼相比，S形小翼比較簡單，但結構和受力設計依然比“雙羽”或者“雙彎刀”設計複雜。

不過翼尖小翼在靠近翼尖的部位產生額外升力，這對減阻增升有好處，但翼根的彎折扭矩增大，需要額外加強，導致重量增加，部分抵消了減阻增升的好處。為了降低額外增加的彎折扭矩，另一種思路是在把翼尖小翼反一個方向，向下而不是向上，但在向下延伸的同時，向內稍稍彎曲。這樣一方面阻止機翼下表面的橫向氣流越過翼尖繼續橫向流動，產生翼尖渦卷，又使得橫向氣流的沖刷產生一定的向下的負升力，抵消部分靠近翼尖的額外升力，降低翼根的彎折扭矩，降低結構加強要求。這樣降低了小翼增升的作用，但減阻作用依然保留。

但翼尖小翼只是傳統的筒-翼布局飛機減租的一部分。美國空軍研究所正在研究一系列新穎的技術，尤其是可以直接套用於機體或者機翼表面的新技術，其中有些可以用於現有飛機的改裝。