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客机发动机外侧有一片小翼,是做什么用的?
点击次数:48 更新时间:2024-01-02

  前段时间坐飞机就有这个问题出来了,今天看飞友网的贴图突然又想起来这个问题,遂有此问。

  这个问题我知道!

  首先,那个小翼叫做涡流发生器(Vortex Generators),顾名思义就是产生涡流的东西。

  处在那个位置的涡流发生器,叫做短舱涡流发生器(Nacelle Vortex Generator),也就是在发动机短舱后产生涡流的东西。

  先上一张简明扼要而又直观的图!(出处见水印)

  看了没?气流正打着转儿地从机翼的上方溜过去。

  民航发动机是高涵道比涡轮风扇发动机,既不可能放进客机的肚子里,也不太适合贴在机身上(至于为什么,又是另外一个问题了)。*好就是把它吊在机翼下方,于是飞机设计师就在机翼下方加了一个叫发动机短舱的东西(上图中的大圆筒),然后把发动机塞进短舱里。

  那么问题来了:这个短舱要吊多高?

  当然是越高越好,但也不能高过机翼。这样发动机就能吸入足量的空气,而且还不会吸入跑道异物,不会轻易地磕着碰着,同时挂在机翼两侧增加了飞机横滚方向的转动惯量,让飞机更加稳定。

  这样似乎就可以了。但是,还有一种情况:

  飞机起降。

  飞机起降时机翼仰角相比巡航时是很大的,这个挂在机翼下方的短舱在机翼仰角到达一定程度时,水平高度会高于机翼的上表面。

  先说说失速

  如下图,机翼仰角过大时,受逆压梯度影响,紧贴在机翼表面的边界层流速下降到0,与机翼表面发生了分离,产生了涡旋(b)。

  刚才说到,短舱高于机翼上表面,影响了流向机翼上表面的气流。不仅干扰了迎面气流的流向,也降低了流速。

  也就是发动机后面那一部分机翼失速了,失去了提供升力的能力。

  本来失速仰角挺大,结果被短舱在前面一挡,不该失速的仰角也失速了。

  不能忍,怎么办?

  愤怒的设计师说:谁敢提前失速,就给谁丫一刀!

  然后短舱就被加上了“翼刀”。

  如上图,不加涡流发生器,在仰角过大时气流就乱了。

  加了涡流发生器,通过旋转气流起到了调整稳定的作用,同时增加了从机翼上表面通过气流的能量。

  再细看,安装涡流发生器后,它诱导边界层外的高能气流贴近表面,代替了原本边界层内的低能气流,机翼表面边界层高度降低了。临近表面的气流被涡流发生器提高了能量并进行了适当的调整,由于边界层的气流流速提高了,也就推迟、控制甚至抑制了机翼上表面的边界层分离。

  下图,很明显加装涡流发生器后,流速增加了,推迟/抑制了边界层分离:

  (孙一峰 杨士普,上海飞机设计研究院,短舱涡流发生器流动控制机理初探,民用飞机设计与研究,2012年01期)

  如此,这个涡流发生器的效果就是:发动机短舱涡流发生器能够显着改善飞机的起降性能。对于波音767-200,由于发动机短舱涡流发生器的采用,其降落接地速度可以降低5节(约9千米/小时),降落所需跑道长度减少了250英尺(约76米)。司古,《航空知识》,2012年04期

  一句话总结:这个小翼叫短舱涡流发生器,用来产生涡流,以推迟失速。

  补充修改排名**的回答。

  手机码字对不起大家。

  由于牛顿流体粘性和边界层速度梯度的存在,当边界层发生分离的时候,会在分离处前后产生压差,造成非常强大的压差阻力,当机翼处于大迎角时容易产生边界层分离,造成失速。

  由于漩涡发生器,或者涡流发生器的存在,迫使层流提前转戾为湍流,由于湍流边界层分离比层流边界层晚的特点(具体原因参见相关实验),使得飞机在大迎角情况下的气动控制得以保证。

  现代固定翼飞行器雷诺数都很高,一般在机翼前缘就转戾了。

  还有一点,发动机没有贴着机身布置真不是因为“平衡锤”的原理,如果是为了平衡的话所有重量分布在中轴上才对,原理参见不倒翁。如果发动机贴着机身布置的话,一样会牵扯到边界层和气动效率的问题。如果非要说平衡锤的话,某些旋翼飞行器倒是有,记得以前看过德国二战黑科技,旋翼机发动机布置在旋翼翼尖上。

  还有,发动机舱上的这个东西没有操作机构(谢谢@phoolean评论指出此处有误,波音有类似的专利),全程都有强迫转戾的作用,并不是只有在起落阶段才起作用。类似的东西还有机翼上可见的一排小突起之类的。其实机翼没有大家想象的那么光滑。

  民航机在起降阶段低速下增加升力的方法是通过放下前后缘襟翼,增加机翼面积(下降阶段你会听到嗡嗡声看到机翼后缘突出一截)和改变翼型(前缘后缘下弯)来适应低速飞行。

  知乎好像有好多流体大神和机长……不敢得瑟……有错还请指出……

  Reduce vortex and save energy. .

  谢谢 大云云 指出

  这是机翼外面小翼的作用。

  「鲨鱼鳍」叫涡流发生器,可以改善翼吊发动机布局。

  在翼吊布局飞机大攻角飞行时,向前伸出的发动机就会挡住一部分机翼。小翼刀会在来流中拉出一个涡流,这个涡流向上越过机翼,在机翼上侧起到整流的作用;在空气较冷、湿度较大的环境中,起飞和降落时候都可以观察到。

  这过程的原理是什么?有了「鲨鱼鳍」可以让机翼的低速性能提高吗?「鲨鱼鳍」在巡航中会有什么影响吗?快来了解一下吧~

  这问题遇见的是真巧,昨天我刚刚拍了几张照片

  看见没,机翼上那一道涡流,起点就是发动机短舱外面的小翼

  这玩意学名叫涡流发生器