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加上这个装置,你手上的固定翼无人机“秒变”民航飞机

在开始今天的文章之前,小编先来一组有奖。

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上面的飞机,都是什么机型呢?

是不是感觉有很奇怪的东西混进去了?

是的,一堆民航飞机里面混进了一架大鹏无人机。


坐飞机时,有些朋友可能会注意到,很多民航客机会在翼尖加装一个小翼。而且随着飞机的不同,小翼的样式也是多种多样。


在《想知道你的飞机性能是否优异,看这3个参数》这篇文章中,小编曾经提到:“CW-007在外形设计方面使用了CFD数值优化技术,对机翼的翼型分布和翼尖的上翘延伸小翼进行了优化,最大限度地提高升阻比,保证航时需求。”


不仅是CW-007,经常关注纵横的鹏友会发现,CW-100大鹏也引入了翼梢小翼构型,很多见过照片的鹏友,粗粗看一眼翼梢,还以为CW-100是民航飞机。


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那么民航和大鹏无人机上的这些小翼究竟起什么作用?CW100的小翼是如何设计的?


现在,小编将舞台交给技术小哥。

(PS:如果大家更爱小编,可直接拉到末尾看小编的总结。)


了解翼梢小翼首先需要从认识诱导阻力开始。


所谓“诱导阻力”就是伴随升力而产生阻力。流体力学的基础知识告诉我们(这个“我们”并不包含小编),升力是由环量产生的。对于三维有限翼展机翼来说,流场中的涡从机翼上分离并拖出来。而脱离机翼的涡并不产生升力,这样就会耗散掉飞行中的能量,导致阻力的出现。


这种涡的形状像马蹄,因而被称作“马蹄涡”。由脱体涡流引起的阻力则被称作“诱导阻力”。飞机在巡航状态,诱导阻力通常会占到总阻力的40%左右。翼梢小翼就是为了减小诱导阻力而诞生的。


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诱导阻力系数的表达式如下:


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这个式子表明,诱导阻力的大小首先跟机翼的展弦比A有关。展弦比越大,诱导阻力就越小。但是由于结构强度和机体重量的限制,飞机设计中并不能无限地增加展弦比。


那么机翼上的升力分布情况又会对诱导阻力有什么影响呢?理论研究已经证明,平直机翼上如果升力沿展向的分布是椭圆形的,则机翼的诱导阻力最小。


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诱导阻力系数表达式中的e叫做“诱导阻力效率因子”。该参数其实描述了一般机翼相对于椭圆形分布机翼的一个修正指标。e越大说明相同展弦比下机翼的效率越高,诱导阻力也就越小。当机翼上的升力分布是椭圆形的时候效率因子e为1。实际中,非椭圆分布机翼的效率因子e会小于1。e的典型值在0.93~0.96的范围内。而这里要说明的是,以上的讨论仅限于平面机翼。对于带小翼的机翼,因为翼尖处的升力不为零,诱导阻力大大减小,e的数值甚至可以大于1。


那么翼梢小翼为什么能在不增加展弦比的情况下降低诱导阻力呢?翼梢小翼起码有两种效应可以减小诱导阻力。其一,是使机翼翼尖拖出的强集中涡分散成若干小涡,在粘性作用下其强度很快减弱。避免了强涡带走的能量;其二,是翼梢小翼可以利用翼尖的侧洗流场产生向前的推力。

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因为翼尖处的流场非常复杂,小翼的设计通常采用数值计算的方法或者风洞试验的方法。在当前数值计算技术日益强大的今天,采用数值方法更多一些,并且可以进行多轮优化设计,等设计完成后再进行风洞试验验证。


看完上面的科普,是不是感觉有点晕?


技术小哥的科普,用小编的话来总结就是:翼梢小翼能省油,省油,省油。不管是民航飞机还是无人机,都适用。


CW-100大鹏翼梢小翼的设计采用了CFD+数值优化的技术进行设计。理论的计算结果表明,加装翼梢小翼可以让CW-100大鹏提高5%的升阻比,并增加大约20分钟的续航时间。