融合式翼梢小翼的魔力

liufu · 发表于 2013-3-12 22:58:41

安装了融合式小翼的波音飞机往往显得更加气度不凡，但美观的外形远远不是这种装置最主要的的特点。通过加装融合式翼梢小翼，可以获得减少阻力、节省燃油、降低二氧化碳和氮氧化物排放及社区噪声的多重收益。

　　融合式翼梢小翼是通过减少阻力提升飞机性能的翼梢装置。2001年，波音公司与波音航空伙伴公司（APB）开始为波音公务机和新一代737-800飞机提供融合式翼梢小翼。试飞数据证明，融合式翼梢小翼能最多降低737飞机4%的轮挡油耗和二氧化碳排放，以及757和767飞机5%的轮挡油耗和二氧化碳排放。融合式翼梢小翼还能提升737、757和767飞机的起飞性能，允许更大的起飞减额定推力值，从而促成排放和社区噪声的降低。
　　波音将融合式翼梢小翼作为波音公务机的标准件，以及737-700、-800和-900ER飞机的选装件。对于737-300/-500/-700/-800/-900、757-200/-300和767-300ER民用飞机（包括客机和货机），波音航空伙伴公司可为其改装提供融合式翼梢小翼。

　　碳纤维复合材料机翼能让飞机节省燃油，从而降低排放。在飞机设计航程条件下，融合式翼梢小翼能降低4%-5%的油耗。对于767飞机，每架飞机一年能节省50万美加仑燃油，这相当于每架飞机一年减少排放4,790多吨二氧化碳。此外，加装翼梢小翼还能提高飞机的业载/航程能力并明显减少起飞和着陆阻力。
融合式翼梢小翼的研发
　　二十世纪八十年代中期，波音初次对融合式翼梢小翼进行调研。二十世纪九十年代早期，华盛顿州西雅图的航空伙伴公司对融合式翼梢小翼开展了进一步研发。该公司是由航空专业人士组成，主要包括航空工程师和试飞部门主管。
　　融合式翼梢小翼在通常为普通翼稍设计的外侧机翼与翼梢小翼之间提供了一个过渡区。如果没有这一过渡区，就需要对外翼进行气动学重新设计，以便将机翼与翼梢小翼表面之间的干扰考虑在内。

　　首批融合式翼梢小翼安装在湾流II型飞机上。在安装融合式翼梢小翼之后，这些飞机的航程和燃油效率得到改善，这引发了波音的兴趣。1999年，波音与航空伙伴公司组建合资企业波音航空伙伴公司，为波音飞机研发融合式翼梢小翼。2000年，波音将融合式翼梢小翼作为波音公务机的标准设备。2001年，波音航空伙伴公司为737-700和737-800飞机融合式翼梢小翼取得认证。从那以后，波音航空伙伴公司为在其它波音机型改装中使用融合式翼梢小翼取得认证。在新一代737-700/-800/-900ER飞机的生产中，也可装备融合式翼梢小翼。
融合式翼梢小翼如何减少阻力

　　所有翼梢装置都是为了减少诱导阻力。诱导阻力是飞机阻力的一部分，是升力产生过程中的整体效应引起的。一般而言，机翼在产生升力时会随之产生被称为环流的空气流动。该气流的特征表现为翼稍之间的下沉气流和翼稍外侧的向上气流。结果，机翼在自身产生的下洗气流中飞行。因此，升力矢量稍微向后倾斜。这一向后的升力分量被视为诱导阻力。

　　诱导阻力的大小是由展向升力分布及相应的旋涡分布决定的。所形成的漩涡核心通常被称为“翼梢旋涡”；但如图所示，涡核是在整个翼展上传播。要想显著减少阻力，就必须变更整个流场，以减少总动能。可通过增加水平翼展，或者引入具有相似效果的非平面元件，减少诱导阻力。
　　融合式翼梢小翼是飞机机翼向上的后掠形延伸。它们在过渡区具有较大的半径和翼弦的平稳变化。这一特征，虽然影响了潜在的诱导阻力降低，但却减少了粘性阻力和局部定制截面的必要性。
　　尽管在改装时加装融合式翼梢小翼需要对机翼结构进行重大变更，但当停机门的限制使得在翼展上加装诸如斜削式翼梢小翼等装置不切实际时，融合式翼梢小翼便是一种可行的解决方案。
融合式翼梢小翼提升性能

　　通过减少阻力，融合式翼梢小翼能提升燃油效率，从而降低排放。基于飞机、货物、航空公司的航路和其它因素，融合式翼梢小翼能够：
　　■ 当飞行任务接近飞机的设计航程时，通过减少4-5%的轮挡油耗降低运营成本。
　　■ 提高飞机的业载/航程能力，以之取代降低油耗。　　
　　■ 降低发动机维修成本。
　　■ 改善起飞性能和超障净空，能让航空公司减少发动机推力。
　　■ 增强最佳巡航高度能力。
降低排放和社区噪声
　　融合式翼梢小翼的运营商，还能够获得降低发动机排放和社区噪声等其它环保效益。二氧化碳排放的降低与油耗的降低成正比，因此，当油耗降低5%时，二氧化碳排放也随之降低5%。氮氧化物排放降低的百分比，是飞机、发动机和燃烧室构型的函数。
　　在基于飞机的噪声剖面收取起降费的机场，融合式翼梢小翼可节省航空公司每次起降的费用。起飞噪声影响的区域可最大缩小6.5%。许多欧洲机场即将要求飞机满足《国际民航公约》附件16第4阶段/第4章噪声限制。如果加装融合式翼梢小翼能将飞机噪声降至较低的噪声费率类别，则融合式翼梢小翼可降低起降费。融合式翼梢小翼降低噪声，还有助于防止因违反被监测的噪声限制而被机场处以罚款。
运营商使用融合式翼梢小翼获得的效益
　　自从2001年首次飞行装备了融合式翼梢小翼的飞机以来，航空公司就一直在收集融合式翼梢小翼的运行数据。融合式翼梢小翼的效益包括：
　　■ 一家飞行737-700的运营商具有显示三年省油3%的数据。
　　■ 另一家飞行737的运营商也报告，融合式翼梢小翼达到降低3%的油耗，或者说，每架飞机每年约减少100,000美加仑油耗。
　　■ 一家767-300ER机队的运营商预计，加装融合式翼梢小翼能让每架飞机每年节省300,000美加仑燃油，减少排放3,000多吨二氧化碳。