换上天使的翅膀 上帝会青睐这架魔改飞机吗？

从人类征服天空之日起，追逐速度的竞赛未曾停止，从平直机翼到后掠翼，从亚音速到超音速，天空版的速度与激情一直处于加速中。

早期的飞机一般都采用平直翼，但随着飞行速度的提高，飞机会在高速俯冲时因解体而坠毁。

A340改装前后对比

后来，科学家们发现飞行速度接近音速时，飞机会遇到极大的激波阻力。这时，飞机要么速度难以再提高，要么承受不住巨大的冲击力而粉身碎骨。

为了克服和减小激波阻力，人们一改平直的机翼形状，提出了后掠翼设计方案。在这其中，科学家不断探索速度与阻力，让相爱相杀变成比翼齐飞。

A340改装前后对比，翼展缩短。

前不久，空客将一架A340-300客机魔改，化身层流“刀锋”试验飞机，意在通过机翼外侧形状的变化，再次降低翼尖的激波阻力。

飞机的升力源于机翼上下面的压力差，而产生抬升气流，这种气流到了翼尖时会绕流到上表面，形成翼尖涡，致使翼尖区域的升力降低。这一小小的阻力被石油危机放大了，航空提出了更节能、更低能耗的飞机要求。

后掠翼的前掠技术，外段机翼后掠角变小，机翼段升力增加，相对翼展变小，减轻结构重量。

为了削弱这种绕流现象对升力的影响，70年代，NASA的科学家从鸟的翅膀上获得灵感，提出了现代梯形翼梢小翼方案，这种翼尖小翼，可以阻碍上下表面的空气绕流，降低翼尖涡造成的诱导阻力，达到增加升力的目的，还可降低油耗。

猛禽着落时的“前掠翼”姿势

这架“刀锋”验证飞机，是世界上首个试验飞机跨音速层流翼剖面的平台，从法国南部的塔布机场起飞，飞往图卢兹，在3个半小时的实验飞行中，进行实验室数据评估。据空客数据，这项技术可以减少机翼摩擦50%，降低CO2排放5%，

这些改动看似简单，但对飞机的重心、气动布局、升力作用点有很大的影响，需要大量的验证飞行，原来也有人搞过，但关键问题一直搞不定。

这架A340在塔布工厂经历了16个月的改装，这架飞机的机翼上，装有两代表跨音速外形的翅膀，在机舱内安装了高度复杂的专业飞行试验仪器（FTI）。

驾驶这架与众不同的飞机，需要额外的训练，一个10人组成的团队专门训练飞行员，在模拟机上进行特殊科目飞行训练。技术团队共有70位来组英国和德国的工程师。

翼尖结构

工程师在飞上安装了红外摄像机，采集机翼上几百个观测点的数据，监测在飞行过程中，机翼实时整体变形的程度。飞行实验室将在未来几个月内完成约150飞行小时。

最早出现的前掠翼飞机为二战德国的Ju-287。前掠翼没有大规模使用的原因，翼尖震颤算是其中一个，这就好比推一个箱子和拉一个箱子，对于方向控制来说，拉箱子更容易控制。

当然，在轻量化复合材料没有出现之前，前掠翼没有更合适的材料。

前掠翼在气动布局上与后掠翼相反，气流变成了向内滑入翼根。当然，翼根处的机身有阻挡气流进一步流失的功能，但要更进一步防止翼根失速，前面加一对鸭翼就成了很好的选择了！美国的X-29A，俄国的苏-47，就是这样的布局。

既然前掠翼这么多优点，为啥没有被现代主流飞机广泛采用呢？其中很大一点原因是机翼材料的结构强度问题。因为前掠翼结构具有天然的不稳定性，这点问题在超音速过后更加突出。那有没有解决方法呢？可变前掠翼啊！

国产歼-7E在翼形上采用了后掠翼前掠技术，大大改善了低空低速的操控性。

这种机翼亚跨音速性能较好，同时由于展弦比增大，加上增设的前后缘机动襟翼，使得机翼的升力系数大幅度提高，提高了亚、跨音速机动性能。

翼尖结构对阻力的影响，左边为安装翼尖结构，右侧安装翼尖鲨鳍小翼。

翼梢小翼的英文名为winglet，是机翼的延伸。

可以改善飞机的燃油效率和增加巡航航程。尽管各种小翼的形状、尺寸和安装角度不同，但都实现了油耗的改进。飞机制造商和翼梢设备厂商称，小翼还可以改善巡航速度、爬升率并提高飞行高度。 　　

最早期的空客A300并没有安装翼梢小翼。

抛开小翼给飞机带来的性能改善不说，安装了小翼的飞机在外型上就美观了不少，给世界各地的机场增加了一抹靓丽。那么，小翼经历了怎样的发展历程呢？

1979年，安装小翼的KC-135进行试飞。

通过对小翼概念进行进一步研究，并进行了风洞测试和计算机研究，得出结论：安装小翼的运输飞机可以实现6%-9%的巡航效率改进。随后NASA于1979-1980在一架KC-135上安装了小翼并进行了试飞。

空客第一种安装小翼的飞机A300，结构小到跟没有一样。

空客很早就掌握了通过翼梢小翼来进一步降低燃油消耗及排放的技术。由于安装鲨鳍小翼本身也存在着增加客户成本的问题。

A310的小翼比A300大了许多，A300和A310两款机型均装配有被称为“镖形”小翼的翼梢装置。

随后，空客把在A300 、A310机型上所积累的经验应用在了A320系列飞机上。

2009年空客推出大型“鲨鳍小翼”，它是空客A320系列飞机进行的持续改进项目中的最新元素。鲨鳍小翼由复合材料制成，高2.4米；它通过提高飞机气动性能来减小阻力，最终达到节省燃油、减少排放的目的。

在A330上应用的小翼与波音747-400的小翼相似，在最新的A330-900neo上，这种小翼结构发生了变化，更像是A350的小翼技术。

在A380上，小翼的外形并未像A330那样，而是更像早期的A320小翼。

空客A350安装新一代融合式小翼，这种翼尖技术在国产大飞机C919也得到了应用。

虽然翼梢小翼有诸多的好处，但是依然有部分飞机并未加装翼梢小翼。这主要是市场实际需求所决定的。

一方面，对于先前设计机型，加装翼梢小翼需要评估结构强度、改进成本等综合因素，权衡更改收益效果；另一方面，翼梢小翼基于飞机巡航状态设计，对于运营航线航程较短，且机场场地相对拥挤的航空公司，翼梢小翼的优势并不明显，而且需要额外的结构重量和维护成本。

波音为日本国内短航线研制的B747-400D飞机就未安装翼梢小翼

虽然翼梢小翼有诸多益处，效果显著，但是由于翼梢小翼会导致机翼外段载荷增加，会同时带来结构设计问题、强度问题及颤振问题。

所以需要对机翼结构进行增强设计，这对机型改进设计带来很大挑战，因此各制造商也在积极研究其他减阻降噪的方法，例如新一代波音777采用斜削式翼梢，并未采用波音之前的翼梢小翼成果。

波音宣称，采用斜削式翼梢相比较传统的翼梢小翼结构重量更轻，且也能达到减阻效果。

对于空客研发的后掠翼前掠层流技术，距离商业化还有很长的路要走，每一个航空技术的突破，没有一二十年时间，是无法被证明百分百安全的。在节能增效的路上，这是一个前进的方向。

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