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大家好,給大家介紹一下,這是我的「犄角」

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我頭上有「犄角」,

我身後有尾巴,

誰也不知道,

我有多少秘密!

看來大喵今天要揭露誰的小秘密咯

大家外出旅行搭乘飛機時可以留意一下,民用主流客機的發動機基本都是掛在機翼下面的,像空客A320、A330、A340、A380以及波音737、747、777、787……(如下圖)

細心的親們一定會注意到,

客機發動機外側有一片小翼。

大喵之前坐飛機也未注意到

發動機上這個小翼,

直到偶然看到某客機模型,

才注意到發動機上這個「小犄角」!

這次小長假出遊時還專門留意了一下。

那麼這個位置是起什麼作用的呢?

首先,這個「犄角」叫作渦流發生器,顧名思義就是產生渦流的東西。

早在上世紀60年代,一些空氣動力學研究人員對渦流發生器控制平板湍流邊界層的流動機理進行了研究,同時通過對渦流發生器流動的湍流結構、流向渦發展的研究,提出了渦流發生器控制邊界層,特別是控制湍流邊界層分離的基本原理就是在於向邊界層內注入新的渦流能量。

接著空氣動力學研究人員對控制翼型和機翼湍流邊界層分離的渦流發生器原理做了大量的試驗研究工作,包括對渦流發生器的形狀、幾何參數及安裝位置等,並針對其高度與當地邊界層厚度相同的早期渦流發生器在非設計狀態(即邊界層不出現分離)的情況下,產生附加的型阻和渦阻的問題,提出了亞邊界層渦流發生器和微型渦流發生器的概念。

這類微型渦流發生器的高度相對當地邊界層厚度都較小,甚至僅為當地邊界層厚度的1/10,它可增加邊界層底層的流場能量,能阻止大的逆壓梯度形成並延緩邊界層分離,而且在非設計狀態又不產生大的附加阻力。

研究表明,該類微型渦流發生器可使升阻比提高一倍以上,從而打開了將微型渦流發生器應用在飛機增升裝置上的希望之門。

先上一張簡明扼要而又直觀的圖

氣流正打著轉兒地從機翼的上方溜過去

渦流發生器是以某一安裝角垂直地安裝在機體表面上的小展弦比小機翼,所以它在迎面氣流中和常規機翼一樣能產生翼尖渦 ,但是由於其展弦比小,因此翼尖渦的強度相對較強。這種高能量的翼尖渦與其下游的低能量邊界層流動混合後,就把能量傳遞給了邊界層,使處於逆壓梯度中的邊界層流場獲得附加能量後能夠繼續貼附在機體表面而不致分離。

那麼,

客機發動機為什麼會像機翼一樣

安裝小翼呢?

因為,

在一種情況下,

翼尖渦漩會成為是流體中的隱形殺手。

那就是飛機起降時。

飛機在起飛或降落時機翼仰角相比巡航時較大,這個掛在機翼下方的短艙在機翼仰角到達一定程度時,水平高度會高於機翼的上表面。

短艙高於機翼上表面,影響了流向機翼上表面的氣流。不僅干擾了迎面氣流的流向,也降低了流速。

如下圖,機翼仰角過大時,受逆壓梯度影響,緊貼在機翼表面的邊界層流速下降到0,與機翼表面發生了分離,產生了渦旋(b)。

也就是發動機後面那一部分機翼失速了,失去了提供升力的能力。

本來失速仰角挺大,結果被短艙在前面一擋,不該失速的仰角也失速了。

不能忍,怎麼辦?

憤怒的設計師說:

誰敢提前失速,

就給誰裝個小「犄角」!

然後短艙就被加上了小翼。

也就是渦流發生器,當不加渦流發生器,在仰角過大時氣流就亂了(如上圖)。加了渦流發生器,通過旋轉氣流起到了調整穩定的作用,同時增加了從機翼上表面通過氣流的能量。

再細看,安裝渦流發生器後,它誘導邊界層外的高能氣流貼近表面,代替了原本邊界層內的低能氣流,機翼表面邊界層高度降低了。臨近表面的氣流被渦流發生器提高了能量並進行了適當的調整,由於邊界層的氣流流速提高了,也就推遲、控制甚至抑制了機翼上表面的邊界層分離。

很明顯加裝渦流發生器後(下圖),流速增加了,推遲/抑制了邊界層分離:

如此,這個渦流發生器的效果就是:

發動機短艙渦流發生器能夠顯著改善飛機的起降性能。對於波音767-200,由於發動機短艙渦流發生器的採用,其降落接地速度可以降低5節(約9千米/時),降落所需跑道長度減少了250英尺(約76米)。

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最後,

一句話總結:

這個小翼叫短艙渦流發生器,

用來產生渦流,

以推遲失速的!

下次乘機可以細心觀察一下。

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