波音和空客谁的翼尖技术更强,为什么?

谢邀 @卢西

此回答极大地(凭记忆)参考了《航空知识》某期的有关翼梢小翼的文章/滑稽。

根据波音和空客翼梢小翼的发展史,你会发现两家的风格是在不断借鉴和融合中改进的,难以评价谁的更好或者更先进。因此此回答偏重于介绍AB两家小翼的风格变迁以及小翼与机型适配的关系。

选用何种风格何种类型的小翼,与材料、流体力学等的发展,机型的定位等因素都息息相关。

发展阶段(米夏自己划的)

阶段一:1980-1990

1979年-1980年间,NASA利用一架改装过的KC-135对翼梢小翼进行了测试,这被视为当代小翼技术的鼻祖。

1983年起,A310开始进行加装翼梢小翼的测试,这便是最早的,也是一直沿用至2010年后的经典的空客镖形小翼。1986年,麦道11方案公开,模型上赫然出现了小翼。这个时间段在研的波音747-400,空客A340同样将翼梢小翼作为标配或可选装配件。小翼正式作为飞机的重要配件走上舞台。

这一时期的翼梢小翼主要有两种,一种是空客A300、A310、A320系列采用的镖形小翼,因酷似回旋镖而得名。这种小翼面积较小,上下分叉,垂直安装,形状近似三角形,长久以来都是空客飞机的标志之一。

另一种则是空客A340、A330、波音747-400采用的帆板小翼。帆板小翼承梯形,倾斜安装,与机翼构成一定的上反角,能提供额外的升力,面积较大。

此外麦道11的小翼比较独树一帜,上部分已经接近如今波音融合性小翼的梯形,具有一定的外倾角,而下部分仅在机翼前缘处安装了小翼,据说是为了防止落地时小翼与地面发生剐蹭。

阶段二:1990-2009

这一时期,波音在小翼上的吸睛度明显大于空客。但也要认识到空客在翼梢小翼上的发展要更早于波音,祖传的镖形小翼能一直沿用到2007年的A380上,可见其设计之优秀。

2001年和2002年是两个关键的年份,随着737NG的改进以及77w的下线,波音迎来了著名的融合型小翼和斜切型小翼。得益于计算机技术的迅速发展,工程师们终于能够进一步对翼梢小翼进行优化,尤其是其连接处,而这两款小翼的表现也是极其优异的。据悉在这个时期,空客也开始了鲨鳍和弯刀两款小翼的设计,并且远远早于2009年和2010年,只不过由于各种原因延迟发布而已。

融合型小翼相比于初代小翼最大的改进在于,小翼与机翼的融合型过渡,因而得名融合型小翼。其展弦比较大,呈梯形,具有一定的外倾角和后掠角。连接处的融合型处理减少了阻力,融合型小翼的表现优于之前的任何一款小翼。融合型小翼还作为767、757和737CL的选装配件。

斜切式小翼随着77w发布,随后在77L、764上应用,748和787的小翼可以视作斜切式小翼的进一步优化。斜切式小翼几乎没有上反角,与机翼几乎彻底融为一体,提供额外升力,扩大机翼有效翼展,而相比机翼具有的更大的后掠角处理使之能更加有效地克服诱导阻力。

阶段三:2009至今

2009年,随着油价上升,空客终于从E盘深处(误)掏出了鲨鳍小翼来替换320上的祖传镖形小翼。当发布的时候大家都傻眼了,这不就是山寨了波音的融合型小翼吗。据说后来甚至引发了专利之争。鲨鳍小翼的展弦比相比于融合型小翼要更大一些(目视),此外最直观辨别二者的方式大概就是通过小翼前缘宽度(航司logo大小)了。空客宣称其能比镖形小翼节油4%。鲨鳍小翼作为A320Ceo的选装配置和A320Neo的标准配置,此举标志着空客正式接替波音全面推广单片小翼。

2013年,APB(波音)发布了为737NG设计的双弯刀型小翼。在融合型小翼的基础上,将翼梢处改成后掠的弯刀型,同时在根部增加了带下反角第二片小翼。APB宣称其比融合型小翼节油2%,其与融合型小翼一同作为737NG的选装配置。米夏个人觉得双弯刀小翼是最好看的。

2015年,首架737max下线,双羽式小翼随之出现。作为737max的标配和标志,双羽式小翼的融合度比双弯刀更高,上下分叉,标志着波音在玩了几十年的单片小翼后接替空客全面推广双翼小翼。波音宣称其能够比融合型小翼节油1.8%。顺便吐槽一句,国内航司在引进737Max后,很少有根据其双羽小翼对小翼涂装进行优化的,使得其不但没有增加双羽小翼的美感,反而令其变丑了。

历史是个蛋,风格轮流转。

随着A350的下线,空客的弯刀型小翼随之面世,后续也应用在了A330Neo系列。A350外观上最大的吸睛点,一是墨镜,二是弯刀小翼。弯刀型小翼的弧度之美令人赞叹,其连接过渡处的弧度半径极大,小翼前后缘均是后弯的曲线。350的弯刀小翼有两代,二者仅在面积和高度上有细微的区别。

波音787、748决定继续使用改进的斜切式小翼,777X的折叠小翼,依然是斜切式。

弯刀式和斜切式小翼估计会分别空客和波音宽体机的祖传小翼用个几十年了,不过除非技术上有重大突破,这二者已经是当今小翼最优的设计了。

小翼的选型

一、装还是不装?

我们似乎普遍有一个观点,新飞机都会装小翼,但MC-21说我不是我没有。

尽管翼梢小翼能显著减少诱导阻力以实现节油的目的,但安装小翼本身是要付出重量和自身空气阻力的代价的。因此,有一个航程的临界值,只有大于这个值,翼梢小翼才能够实现节油的目的。(此外印象中还有翼梢小翼空气阻力不大于全机空气阻力的3%才能实现全机减阻节油)。因此,日本定制的国内线专用的744D选择不装小翼。曾经看过一篇文章,有关全日空767-300ER小翼改装的,其中提到其增加的重量中不只是小翼本身,为了承受小翼带来的额外力矩,机翼外侧要加装数根大梁。国内航司737NG无一选择双弯刀小翼,很大程度是因为执飞国内线为主的737NG上安装的融合型小翼的表现已经足够令人满意。

此外,尽管小翼对于减少诱导阻力有着显著的效果,然而相比于优化机翼、机体结构和启动,更换新世代的引擎,其对燃油效能的改进仍然相当有限,而且会造成成本增加。MC-21通过极其激进的复材比例应用实现减重,以及普惠GTF引擎的优异性能,已经足以(毛子认为)在燃油性能上对A320Neo、737max和C919构成一定优势,后续再考虑小翼也不晚。(当然也有可能因为这架飞机是验证机所以暂时不装小翼)。

还有一点就是外部经济环境,当油价较低时,许多公司选择不装小翼,像国内在2010年之前引进的的737NG,有的都没装小翼。而这几年购买了大量翼梢小翼套件着手改装。2013年开始航司才开始大量接收安装了鲨鳍小翼的320Ceo,也是一样。

二、竖直的还是水平的?

一般而言,窄体机的小翼一般是竖直的,而广体机是水平的。

当翼展无穷大时,诱导阻力趋近于0,但事实上飞机不但不可能安装过大的翼展,而且要在性能允许的范围内尽可能控制翼展的宽度。

我们可能都听说过,飞行区等级的概念,其中字母代表的就是翼展。

举A320为例,鲨鳍小翼的高度为约2.4m,A320Neo的翼展为35m左右(含小翼)。如果将小翼改为水平安装,其翼展必定突破C型机位所限定的翼展36m以下,这就使得新一代320无法使用现有的大部分窄体机机位,因此得不偿失。有的不在意翼展增加的主,如波音737NG系列衍生的美国海军P-8A反潜巡逻机,则采用了斜切式小翼。

767和787的例子更加具有代表性。767是典型的D级翼展,763系列以竖直的融合型小翼为主,而给DL和CO定制的764由于主要运行机场的高标准,则配备了斜切式小翼。以远距离为主的787-8/9/10使用斜切式小翼已获得更好的性能,而区域型的783(dead)为了适应更多的机场使用竖直的小翼。 这部分感谢@Van.TooyVII 的指正。

三、单翼还是双翼?

这是有关737Max小翼的设计说明

在融合式翼梢小翼设计中,翼梢处的气流会在小翼上产生指向机身的升力。还会产生一点儿向前的升力,这样就会减小诱导阻力。这两项因素可以改善机翼效率。737 MAX 的 AT 小翼采用了最先进的技术。除了上部翼片会产生向内和少量向前的升力外,新的下部翼片会产生向外和少量向前的升力。所有这些因素结合起来,可以让小翼的作用更加平衡,进一步改善机翼的整体效率。
除了以上优点外,737 MAX 团队还在 AT 小翼的表面材料上应用了波音先进的自然层流技术。在以前的小翼上,由于流经小翼的气流摩擦产生的阻力是影响气流效率主要因素。通过用细节设计、表面材料和涂层来创造层流,AT 小翼具有“自然层流”特性,小翼上的气流更加平顺。从而可以进一步降低阻力并提高燃油效率。

有关鲨鳍小翼的设计说明

实际上,在设计新型翼梢装置时,空客工程师充分考虑了多种方案,包括上下分叉的翼梢装置。但为了避免可能出现的翼梢触地的情况,业界一般都尽量避免出现过长的向下的翼梢装置。在综合考虑了各种可行方案之后,空客选择了一种最优化的,同时也是最简化的方案,以期获得“以最小的变动为客户带来最大效益”的结果。这也是空客所有新技术得以推出的考虑重点,比如A320neo跟现款A320拥有95%的通用性。为客户带来实际效益是空客考虑的重中之重,而不是为新装置搞一个更“炫”的造型或者起一个更“炫”的名字。

综上我们可以发现在对A320Neo和737Max的小翼处理上两家公司不尽相同的观念,结合737max和A320Neo的改进点以及737、320各自的设计特点,确实非常有意思。可见单翼小翼和双翼小翼各有优劣,波音和空客根据自身机型的特点和需求,选择最适合的小翼。

按理说,如果能够计算流场等,会得到更好的结论,但这真的超出米夏的能力了(我学的流体力学跟航空几乎沾不上边T^T),希望能有大佬从技术层面深入地分析不同类型的小翼的优劣,深入浅出地讲解小翼的原理。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:米夏君

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