文章有点长,麻烦忍一下。

我清晰记得,在2022年的3月1日,九元航空一架广州飞宜昌的737-800飞机,货舱发生火警,在长沙备降了。落地之后有记者采访乘客,乘客说:这飞机的机翼都跌落一半了。

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当时看到这句话,我吓一跳,心想这事儿挺严重啊,机翼都能断一半,那岂不是要命了?然后仔细一看,乘客说的机翼跌落,仅仅是飞机的襟翼放下来了。

咱业内的人,知道飞机起飞下降阶段襟翼放下来很正常,用来增加升力。但是外行的乘客并不懂这些,平常可能也没注意,以为襟翼耷拉下来,就是坏了。

看到这个新闻,我就感觉,看来我在这叭叭叭还是有意义的。如果知道襟翼放下来它是正常的,至少乘客他不会害怕嘛。

为了防止你害怕, 今天咱再看一个有意思的。飞机的机翼,它竟然可耻地弯了。

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有人就好奇,这是咋回事?飞的时候不小心磕着了?说到这儿我又想起来上大学时,当时我才大一。学校里面停了个飞机,ARJ21,西工大校友肯定知道,这个飞机可是咱拍照必选的打卡地。

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当时我发现机翼顶端是弯的,咱也不懂, 就问学长。学长告诉我,哎呀弯了好啊,谁能保证自己永远是直的呢……

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学长说,机翼顶端往上弯一下,可以防止机翼抖动,如果是平的,飞起来之后翼尖容易抖。

当时我一听,不明觉厉,连连点头,对学长的敬佩油然而生,差点就可耻地弯了。但是现在回过头来看,幸亏当时忍住了,没有弯,不然得后悔死。

其实这个弯弯的机翼,学名叫“翼尖小翼”,或者叫“翼梢小翼”。它的用处,通俗地说就是可以让飞机更省油。挺神奇的,这玩意结构还挺简单,咋就能省油了呢?咱下面展开聊一聊。

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任何一架飞机,或者说任何一种机翼,都想让自己的升力更大,阻力更小。但是升力大和阻力小是矛盾的,你很难在增大升力的同时减小阻力,便宜都让你占了,那还得了?

既然鱼和熊掌不可兼得,那就要有取舍了。比如咱们前面提到的襟翼,放下之后能增大升力,但是阻力也会变大。没办法,增大就增大吧,跟飞机升力不够,飞不起来相比,费点油那根本不算个事。

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但是翼尖小翼和襟翼不一样,它两头都顾了,既能增加升力,又能减小阻力。用来提高机翼的升阻比,效果相当明显。怎么做到的?

咱们知道,机翼下表面的压强比上表面的大,机翼上下存在压强差,所以机翼就会受到一个向上的力。

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但是这个上下压强差的存在,也有个副作用。空气和人一样,总是喜欢往压力小的地方跑。最终就导致机翼下面的空气,会沿着边缘往上流动。一流动,这个压强差就减小了,升力也就减小了。

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在机翼比较宽的地方,或者说机翼中部,有高速气流吹过来,那机翼下面的空气就上不去,或者上去得很少。所以空气的上下流动对升力的影响就很小,可以忽略不计。

但是在面积很小的机翼顶端,那个翼尖,空气就能抄近道跑上去了。跑上去之后,拐弯进到机翼上方的低压区,再加上飞机在往前运动,最终就导致这一股气流是转着圈螺旋运动的。

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所以,人们给翼尖空气的这种螺旋运动起了个名儿,叫“翼尖涡流”,或者叫“翼尖涡”。

你看飞机产生的真实的翼尖涡流,这画面还是很漂亮很壮观的。

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翼尖涡流好看是好看,但是这玩意就是个带刺的玫瑰。它不光会减小飞机的升力,还会增大阻力。这个阻力,也有个专门的名字,叫“诱导阻力”(Induced Drag)。

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诱导阻力和咱们常听说的空气摩擦阻力还不一样。摩擦阻力哪都有,只要你和空气有相对运动,就有摩擦阻力。但是诱导阻力是飞机特有的,或者说就是伴随升力而产生的。只要有升力,就有诱导阻力,而且升力越大,诱导阻力也越大。

这个诱导阻力咋来的呢?解释起来比较复杂,我水平有限,不见得能说准确。如果不对,欢迎补充更正。

前面咱们说,翼尖涡流产生的空气是螺旋的,螺旋气流会带着机翼附近的空气流动起来,一流起来,流经机翼的空气,它流动方向就变了。

咋变呢?就是空气的流速会有一个向下的速度分量,这个速度分量还有个专门的称呼,叫“下洗”。

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下洗气流的存在,导致空气流过机翼之后产生的升力方向也变化了,有了一个和飞行方向相反的分量。也就是说,这个力它阻碍了飞机飞行。由于它和咱们常说的空气摩擦阻力不一样,所以这个阻力也有个专门的名字,叫“诱导阻力”。

诱导阻力有多大呢?我看到个数据,说在飞机受到的所有的阻力中,诱导阻力占比大概能有个10%,还是挺大的。

你看机翼翼尖处这个空气流动有多排面,因为它,出来好几个专用名词:翼尖涡流、下洗气流、诱导阻力。

翼尖涡流很烦人,让那些一门心思想提高飞机升阻比的设计师很头疼,晚上睡觉梦见这玩意都能吓醒,睡不好觉,大把大把掉头发。天天就在那想,怎么能消除或者减轻翼尖涡流。

方法确实有,最直接的就是增大机翼的展弦比。展弦比你就可以理解为机翼的长度和宽度的比值。展弦比大,机翼看着就细长,展弦比小,看着就矮胖。

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你想,翼尖涡流是在机翼顶端出现的。下面咱把格局打开,你如果使劲增加机翼的长度,把它增加到无限长,那它产生的升力就是无限大的?可是翼尖涡流产生的影响,不可能是无限大。无论它多大,只要不是无限大,那它和无限大的升力一比,是不是就等于零了?

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当然,机翼增加到无限长,是不可能的。它的长度,会受到材料强度的限制,太长了不结实。也会受到机场空间的限制,太长了停不下,停下了那停机费也贵。所以,虽然增加机翼长度可以减弱翼尖涡流的影响,但是减弱的程度,总是有限的。

既然机翼长度不能太长,还有其它啥办法吗?有,翼尖小翼就是干这个的。在机翼顶端安装一个竖着的小翼或者说把机翼掰弯,阻挡机翼下面的空气通过翼尖绕流到上面。

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铺垫了半天,结果这一句话就说完了,是不是感觉索然无味?其实翼尖小翼不止这么简单,它在减弱翼尖涡流的同时,更关键的是自己还能产生一个气动力,这个气动力,能帮助飞机飞行。咋回事?

咱们知道,机翼升力的方向和流经机翼的气流,也就是来流的方向是垂直的。所以,主机翼产生的升力方向是向上的,可以把飞机托起来。

但是翼尖小翼,它是竖着的。这竖着的机翼,即使能产生气动力,按理说这个气动力也应该是水平的啊!无论是往内还是往外,你说对于飞机而言,这个力有啥用?没啥用。

但是,老话说得好,福祸相依。前面我们还在说翼尖涡流有多烦人,但是如果能把这玩意利用好了,也能产生好的结果。

你看,翼尖涡流它改变了翼尖处的空气流向,也就是改变了来流和翼尖小翼之间的夹角。这个夹角的出现,导致翼尖小翼产生的气动力,就有了一个向着飞机飞行方向的分量。

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通俗地说,就是这个翼尖小翼,能产生一个推着飞机前进的气动力。哎呀我天,是不是很激动?可以推着飞机往前跑啊!和发动机的作用是一样的!虽然这个力不是很大,但是蚊子腿也是肉。飞机如果再是长距离飞行,这个蚊子腿,也有很多肉了。

总结一下,这个翼尖小翼有啥用呢?它可以减弱翼尖涡流导致的升力减小,它可以减弱翼尖涡流产生的诱导阻力,它还可以利用翼尖涡流,产生推着飞机往前飞的气动力。

又能减小阻力,又能增加升力,又能增加推力,你说这谁见了不眼馋?于是,为了省油,飞机那一辈子都刚正不阿,笔直的机翼,就可耻地弯了。挣钱嘛,不寒碜。

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翼尖小翼在20世纪70年代开始装在飞机上之后,很快就在全世界流行了。尤其是1980年前后的石油危机,油价暴涨。谁要是造个不带翼尖小翼的飞机,你都不好意思掏出来。

百年波音,给自己新出的飞机装了翼尖小翼,之前出的老机型,也提供改装服务,只要客户愿意,也能给装上。小老弟空客,自己的A300早期型号,没有装,后来也装上了。

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虽然各个飞机的翼尖小翼形式各不相同,有的大,有的小;有的向上,有的向下,有的上下都有;有的竖直,有的倾斜,有的是个弧形,但是起到的作用,都差不多。

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说了这么多翼尖小翼的好处,有多受欢迎。那所有飞机都装上不就行了吗?为啥还经常看到一些飞机,它没有装呢?小的,像著名的塞斯纳172;大的,像运20,机翼都是直的。

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前面咱们说了,翼尖小翼可以起到省油的效果,但是这个效果在长时间长距离飞行时才能体现出来。

对于通用小飞机,本来就飞不了多远,装翼尖小翼省不了多少油。再考虑到给机翼加装翼尖小翼,还会增加制造成本,还会导致飞机更重,这里外里一算,最终是省钱还是赔钱都不一定。

对于军用运输机,也是有的装了,像美国的C-17。

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有的没装,像美国的C-5,中国的运20,和俄罗斯的伊尔76。也就是说,翼尖小翼在军用运输机上,没有像在民用客机上那么受欢迎,甚至有点冷门。

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其中的原因,我猜测,主要是因为军用运输机,不像民机那样扣扣搜搜地,费老鼻子劲就为省点油。所以,军机也更有骨气,不会随便地就弯了。相比省油,飞机皮实耐操,以及机动性好,优先级会更高。

实际上翼尖小翼这种东西,不只在飞机上才能看到。所有想靠空气的气动力产生动力的东西,其实都能装。

比如咱最常见的,风力发电的巨大风机,它能转起来,不就是靠的空气流过风扇叶片产生的气动力。所以,有些比较讲究的风机叶片顶端,也装的有翼尖小翼,看着很优雅。

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好了,关于这个翼尖小翼,说的差不多了。给咱传递个啥道理?别太直,该弯的时候就得弯,为了生活嘛,不寒碜。

这文章写的真不一定准确,我也是抱着学习的态度来看资料写点东西。如果你更懂更专业,欢迎补充更正,咱一起学习。

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