机翼也能嫁接？空客层流翼型试验机首飞

　　9月27号，空客首飞了一架特殊的试验机，这是第一台装有层流翼型主翼的客机。

　　由于商业飞行对飞机的油耗和排放提出越来越高的要求，为了省油不光要做发动机的优化，当然也要做降低飞行阻力的优化。而商用客机的飞行阻力可以粗略的分为三大部分，即波阻、衍生阻力和本文的主题——摩擦阻力。

　　波阻是流体在超音速（在亚音速客机则为机翼吸面局部超音速）造成的阻力，超临界机翼可以减小或者完全消除波阻。衍生阻力由翼尖涡流诱导产生，翼尖小翼可以有效降低。这两部分非本文主题就不再赘述啦。

　　而摩擦阻力就是空气和机体或机翼摩擦产生的阻力，这大约占了客机巡航飞行时一半的阻力，而机翼的空气摩擦阻力大约占总飞行阻力的20%左右。

　　如下图所示，机翼的升力产生自下（压面）和上（吸面）的压力差。而在吸面由于流体被加速而静压力降低，和未被加速（或者被减速）的压面静压力形成压力差。

　　想象一下你开车时候把手伸出去（不提倡），当手对汽车行进方向有一定角度的时候可以感受到空气在拱着你的手，其实这就是压力差了。

　　因为空气在机翼吸面被加速，很快就达到了形成紊流（或者说涡流）的速度，这会让摩擦阻力骤增，因为紊流里面的气体在画着圈跑嘛，对翼面的摩擦更多。而层流翼型的设计目标是让紊流产生的更晚更靠后甚至消除紊流。

　　其实消除紊流保持层流的手段不止有通过层流翼型，还有例如附面层抽吸，德国宇航局（DLR）在一台改装的空客A320做过实验，有效果但是造成的额外工程挑战也比较多，在可预见的未来应该是看不到这种技术投入商用了。

　　如上图，层流机翼通过几何形状（同时还有更好的机翼表面光洁度）来抑制紊流的产生。跟传统的上弯下平翼型比，它上下两面都是弯曲的，而且在翼面的最大厚度出现在大约中间的位置（而传统翼型最大厚度更靠前），让气流在更大的距离上保持层流。

　　这是一台英国皇家空军海怒战斗机，采用了层流翼型，因为机翼折叠起来可以清楚地看到上下两面都是弯曲的。

　　既然层流机翼有低摩擦阻力的优点，为啥并没有在民航很早就推广呢？

　　因为层流机翼通过给机翼吸面的气流减速而降阻，恰恰是这个特点让它的升力系数低于传统机翼，在飞机低速飞行或者说起降时，会降低飞行性能，以及需要更高的起降速度。甚至有可能降低安全性，全世界的航空业都极度的保守，所以并没有像军用飞机那样快速推广。

　　虽然短期油价还是不看涨，但是应对越来越严苛的环保标准和油价上涨的可能。航空工业还是要未雨绸缪，进行积累性的技术研发。

　　如下面两张图，空客把一台A340-300原型机做了机翼改装，切掉了翼尖换了一对层流翼型机翼，和原来的机翼之间隔了一块翼刀来降低由内向外的展流（就是顺着机翼方向而不是垂直于机翼的气流）。

　　这就是层流机翼本尊啦，从照片可以看出来它安装的对来流有一定偏转角（攻角），注意它垂尾的尖上有一个摄像头对着这一段机翼，另外一面也有一个摄像头。用来检测机翼吸面的气流，看它的实战效果怎么样。这只是一种比较常见检测气流的手段。

　　下图是这台A340改装前后对比。

　　这是它的模型在荷兰吹风洞。

　　其实还有别的层流机翼试飞项目比如下图NASA改装的F16XL。它在1988到1996年间做过很多超音速和亚音速的主动（附面层抽吸）和被动层流（只通过机翼的几何形状）测试飞行。

　　这台F16XL本来是通用动力从空军接手改造参与ETF项目竞标，也就是强化对地攻击能力战斗机项目，最后输给了波音的从F15B发展来的F15E攻击鹰。后来由NASA接手做了别的飞行测试。它的左侧机翼为层流机翼，右侧为传统机翼。

　　可能大家注意到了，这台试验机飞行的时候起落架收回非常晚，因为在飞一台性能不确定的飞机时，出于安全考虑，应对随时可能发生的迫降，起落架都会收回非常晚，甚至整个飞行过程都不收起落架。

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