如果你曾經(jīng)在商用飛機的窗戶上拍了一張照片，那么你可能有一個很好的小翼——翼尖向上傾斜。翼尖形狀的細微變化真的很重要。它可以減少阻力，這可以轉(zhuǎn)化為更高的速度，或者讓飛行員節(jié)流和節(jié)省燃料。這也有助于減少葉尖渦流，這可能是飛機在尾流中飛行的一個問題。
雖然小翼從20世紀70年代中期就出現(xiàn)了，但仍有各種形狀、尺寸和角度。伊利諾伊大學的研究人員菲利普安塞爾、凱詹姆斯和研究生普拉泰克蘭詹的目標是分析小翼以找到最佳特性，從而獲得最低的飛機凈阻力。
“許多關(guān)于非平面機翼設(shè)計的學術(shù)研究將安裝過程中翼尖90度轉(zhuǎn)彎的小翼理想化，盡管有許多東西可能會有這些尖銳的接頭。因為單架飛機有一套獨特的限制和要求，伊利諾伊大學工程學院航空航天工程系助理教授安塞爾說，很難概括如何設(shè)計一架飛機?！比欢?，在研究非平面機翼系統(tǒng)時，我們將這個問題細化為一個非常具體和規(guī)范的問題。我們使用多保真度優(yōu)化方法，從非常簡單的數(shù)學算法開始，以便更好地理解正負10以內(nèi)的設(shè)計空間精度百分比。
在他們的研究中，該團隊專注于非線性機翼設(shè)計，稱為超橢圓弧跨度(HECS)機翼構(gòu)型，其中機翼的垂直投影可以用超橢圓方程進行數(shù)學描述。
“我們把機翼的幾何形狀簡化成非常簡單的東西，”安塞爾說?！拔覀冇贸瑱E圓方程表示機翼的非平面性——它有多彎，翼尖有多高，等等。現(xiàn)在我們可以很容易地改變方程中的值來找到最佳值——當接近葉尖時，顯示機翼，彎曲更尖銳或更平滑，小翼高度更大或更小。
安塞爾說，該算法從固定升力、固定投影跨度、固定彎矩和固定機翼重量開始，以產(chǎn)生阻力最小的機翼——并最終提高效率。
安塞爾說：“雖然其他人研究了具有混合小翼設(shè)計的非平面機翼，但大多數(shù)人只關(guān)注機翼阻力的所謂“無粘”方面，而忽略了空氣粘性引入的復(fù)雜阻力源?！暗@只是畫面的一半左右。在我們的公式中，我們包括了這些粘性阻力源，因為它們對機翼的凈效率有很大的影響。例如，很容易通過增加來減小機翼的無粘阻力。非常高的小翼在翼尖有非常尖銳的接頭。然而，這將產(chǎn)生明顯的粘性阻力，從而降低這種設(shè)計在實踐中的有效性。”
“通過實施嚴格的數(shù)值優(yōu)化程序，我們可以系統(tǒng)地探索可能的設(shè)計空間，并最終獲得看似不尋常的設(shè)計，我們永遠無法依靠直覺進行預(yù)測，”凱詹姆斯(Kai James)說，他也是航空航天工程系的助理教授。
安塞爾說，這一綜合優(yōu)化框架將有助于目前的低速機翼設(shè)計狀態(tài)，但也可能導(dǎo)致現(xiàn)有傳統(tǒng)機翼設(shè)計在亞音速飛行狀態(tài)下運行的改進。
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