邢强

个头虽小，减阻效果好

虽然早期的客机普遍没有翼梢小翼，而且小翼通常会被当作闪亮的新科技成为飞机制造商的宣传重点，但小翼的历史可回溯到莱特兄弟的飞机上天之前。早在1897年，英国空气动力学家兰彻斯特在解释了机翼升力产生的原因之后不久就提出了在翼尖处加装端板以改善其空气动力学特性的想法。可惜囿于航空材料和加工工艺，小翼对飞机升阻特性的改善无法胜过其给飞机带来的额外重量。该设计只能停留在图纸上。兰彻斯特死后30年的1976年，油价猛涨，曾提出跨声速面积律和超临界翼型的惠特科姆博士才重拾小翼。波音公司立即在波音707改装成的KC-135加油机上进行试验。数据表明，KC-135加装小翼后最大飞行高度增加了3.4%，升力系数增大了4.88%，升阻比提高了7.8%，航程增加了7.5%。这次试验肯定了小翼的价值，此后采用小翼的客机开始出现。

小翼是怎样对飞机性能施加影响的呢？这要从翼尖涡流和诱导阻力说起。大型飞机在亚音速状态下巡航时，诱导阻力约占总阻力的40%。机翼下表面的压力常大于上翼面，这个压力差便是升力的主要来源。在翼尖处，压力差迫使空气从下向上卷，并从翼尖向后拖起一条像绳索一样的涡流耗散着飞机的能量，这便是诱导阻力的成因。从飞机后部向机头看，左侧翼尖涡流呈顺时针方向转动，右侧则为逆时针方向。涡流对正后方产生下压力，对侧后方产生抬升力。其他飞机一旦卷入飞机身后的涡流，轻则产生颠簸，重则机毁人亡，因此机场对飞机起降间距有严格要求。不过翼尖涡流也有好的一面。大雁的“翼尖”也会产生涡流。雁群中机智的大雁懂得飞在头雁的侧后方排成人字或者斜一字以利用头雁产生的涡流。客机一般不会编队飞行，翼尖涡流还是小一些为妙。把机翼做得足够长，翼尖气流的卷动就会变得相对不那么明显。翼展延长10%，诱导阻力会减小17%，但机库大小和机翼结构的限制使翼展不能很长，只能退而求其次，把延长段的机翼向上折叠，这就形成了翼梢小翼的样子。如果小翼高度是单侧机翼长度的10%，诱导阻力会减小10%。

推陈出新，节能又环保

翼梢小翼阻挡翼尖绕流同时将一个大涡流分散为多个相互缠绕相互耗散的小涡流。早期的小翼主要分为两种：单段式（波音747-400）和双段式（空客A380）。单段式小翼通常会设计一个外倾角给飞机带来附加升力。但也因此会给机翼带来附加弯矩，需要为此加强机翼结构，从而增加重量。在巡航距离较短时，小翼的优势就不明显了，专为日本国内航线设计的波音747-400D就取消了小翼。双段式小翼往往垂直于主翼面安装（因此也被称为翼尖帆片），无法产生附加升力，但也不会带来额外弯矩，能同时影响上下翼面的气流，其尺寸可以比单段式小一些。比较这两种小翼优劣的意义已不大，它们开始被更优化的设计所取代。

以前波音客机倾向于单段式，而空客常用双段式。但他们对小翼的选取却在最近发生了逆转。波音737MAX双羽状小翼与A320的双段式小翼有几分相似。空客A320neo的鲨鱼鳍小翼则有点像波音737经典型加装的单段式小翼。不过，这并不是因双方青睐对方的设计开始相互抄袭，而是在设计中不断取舍创新的结果。

从侧面看，737MAX的小翼与双段式小翼的确较像，但从飞机正面看就能发现双羽式小翼有明显的倾斜角和平滑的过渡面，是上反式小翼和下反式小翼的结合，而不是垂直于主翼面的“翼尖帆片”。向下的分叉明显比双段式的细长，使小翼重心下降，改善机翼的受力并提高涡流控制效率。机场对飞机的收费标准按重量和翼展来划分，对于翼展已接近划分临界值的737MAX来说，上下分叉设计比单段式设计需要更小的尺寸，有利于在飞机横向尺寸有限的情况下尽量增加主翼长度，同时保证小翼的减阻能力。

A320neo的鲨鱼鳍当然也不是对单段式小翼的模仿，该小翼的三维扭转和圆润边角都展示出与早期单段式小翼的不同。空客掌握新型小翼技术的时间并不晚，只是选择在合适的时机推出鲨鱼鳍小翼来取代传统双段式镖形小翼，这主要是从减少航空公司成本的角度来考虑，而非验证新技术。这种不求最炫但求实用的理念影响了其小翼的设计。在A320neo与现役A320有95%通用性的要求下，造型新颖、颠覆常规的小翼是不大可能出现的。鲨鱼鳍简洁明快的外形继承了上反式小翼的成熟技术，并且其加装到现役飞机上的方法也易于被加装过单段式小翼的维护人员所掌握。另外，机翼下方的小翼在极端情况下有触地的风险，这也是该小翼没有向下分叉的一个原因。

追求技术创新性的737MAX与坚持技术实用性的空客A350neo在小翼的设计上虽有不同，但它们都做到了创新与实用的兼顾，可谓异曲同工，其伯仲之判则要交给实践与时间了。而A350XWB和波音787的高度融合小翼则表现出另一种趋势：以大曲率与主翼融合的小翼逐步和主翼的翼梢融为一体，在削弱涡流的同时还能产生有益于飞机的分力。

另外还有C形和螺旋形等多种小翼。C形小翼在顶部有一段水平翼，在减小诱导阻力的同时还能帮助飞机突破跨音速的勺型区，消除副翼反效的危险。螺旋形小翼以两个相互支撑的小翼形成一个闭合圆环，增加了强度，提高了削弱尾涡的能力。

小翼使飞行更加高效环保。每架装有鲨鱼鳍的A320每年可减少1 000吨碳排放。2010年，APB（航空伙伴波音公司）宣布他们的融合式小翼替全世界节约了2亿加仑燃料（节省40亿美元的开支、减排2 150万吨二氧化碳）。由于升阻性能的提高，飞机在起降阶段对发动机的要求降低，这就意味着更小的噪声和更高的安全裕度。尾涡的减弱将缩小飞机的起降间距，提高机场的效率。

责任编辑：陈肖endprint