摘要：机翼是飞机气动性能的重要组成部分。多年来，机翼设计一直在不断演变，如果停火支撑机翼或翼身融合技术取得成功，未来机翼设计可能会发生重大变化。本文将讨论亚音速商用飞机的机翼，但不讨论像 Boom Overture这样采用三角翼的超音速飞机的机翼。机翼为航空公司节省

机翼是飞机气动性能的重要组成部分。多年来，机翼设计一直在不断演变，如果停火支撑机翼或翼身融合技术取得成功，未来机翼设计可能会发生重大变化。本文将讨论亚音速商用飞机的机翼，但不讨论像 Boom Overture这样采用三角翼的超音速飞机的机翼。机翼为航空公司节省成本的最重要方式是减少阻力，从而降低油耗。

然而，还有其他因素，例如材料成本、机翼重量、维护要求以及机翼的耐用性。 洛克希德公司C-5“银河”战略运输机早期出现的裂纹问题就是一个例子，说明设计不良的机翼会如何推高飞机成本。让我们来看看现代机翼设计如何通过提高飞机燃油效率来帮助航空公司节省成本。

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提高飞机性能和效率的关键方法之一是通过增加轻质先进材料的使用量来减轻飞机重量。空客A380虽然是大型飞机，但它并非特别新型的飞机，其大部分部件仍由铝制成。老式商用飞机的机翼通常由铝制成。

A380 的先进材料使用率约为 25%，而全新打造的空客 A350 的先进材料使用率则提升至 70% 左右，波音 787 梦想飞机的先进材料使用率也相当。霍尼韦尔指出，制造商目前在机翼上更广泛地使用碳纤维复合材料，因为它们比铝合金更轻。与金属机翼相比，碳纤维复合材料可以降低 5% 的油耗。

即将推出的波音 777X 是老款波音 777-300ER 的进化升级版，因此与 787 这样的全新飞机相比，它在设计上有所妥协。只有约 30% 的飞机采用先进材料制成，但这 主要集中在机翼上，现在机翼采用更轻、更符合空气动力学的复合材料机翼。

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随着时间的推移，飞机的机翼越来越长。空客为A330neo重新设计了空客A330/A340的机翼。机翼从197.5英尺（约59米）加长到210英尺（约64米），几乎与A350的212.4英尺（约64米）翼展相当。波音777-300ER的翼展为212.7英尺（约64米），而新款波音777X的翼展则加长到235.4英尺（约71米）。增加的翼展有助于提升飞机的气动性能。

据估计， 全新、更长、更轻且优化程度更高的 A330neo 机翼可降低 4% 的燃油消耗，但主要问题是国际民航组织 (ICAO) 的 E 类和 F 类法规分别将飞机翼展限制在 213 英尺和 262 英尺。现代双引擎宽体飞机的机翼设计符合 E 类法规，而空客 A380 则最大程度地满足了 F 类法规的要求。波音 777X 通过引入折叠翼尖来规避 E 类法规，使其翼展加长 11 英尺。

777X 的翼展为 235 英尺，但这也带来了一些缺点。折叠机构增加了重量，机翼也需要加强，这又增加了重量。或许最重要的是，折叠翼尖是一种新颖的设计，美国联邦航空管理局 (FAA) 可能需要进行更多测试才能对这项技术充满信心。波音 777X 的交付时间已推迟到 2027 年，目前尚不清楚这是由于翼尖问题还是 FAA 的其他考虑。空客也在考虑为其未来的飞机采用折叠机翼。

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机翼设计的显著进步之一是翼尖装置的引入。机翼会产生所谓的“翼尖效应”或“翼端效应”，即翼尖周围空气不断向上溢出。这会产生阻力，但可以通过增加垂直尾翼或小翼来增加升力系统的高度来抵消。除了降低油耗外，翼尖装置还可以增加航程、缩短起飞跑道长度、降低飞行噪音并提高巡航速度。

据估计，翼尖装置可使飞机的燃油效率提高4-6%。首架安装翼尖装置的商用客机是1985年的空客A310-300。翼尖装置有多种类型，包括翼尖小翼、融合式翼尖小翼、斜削式翼尖小翼和分裂式翼尖小翼。 大型A380客机的翼尖小翼通常安装在较小的机翼上，原因有很多，其中之一就是为了符合F级法规。

空客青睐翼尖刀形和融合式翼尖，而波音则青睐斜削式翼尖和分裂式翼尖。巴西航空工业公司E-Jet E2也采用了斜削式翼尖，每种设计都有各自的优缺点。有些设计更擅长在巡航时提供最佳性能，而有些则更注重起飞和爬升性能。

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除了上述因素外，随着技术的进步，机翼也得到了其他方面的改进。例如，在设计 空客A330neo 的新机翼时，空客能够使用 3D 计算流体动力学对新机翼进行可视化、建模和优化。A330neo 上的新机翼也比旧机翼更加灵活，可以在飞行中扭转和弯曲。

空客成功将A330neo的机翼设计成展弦比为11，这是目前所有在产商用飞机中最高的。空客还设计了这些机翼，以便更好地整合发动机/发动机短舱/吊架。值得注意的是，老款双发A330和四发A340共用一个机翼，只是对机翼进行了工程调整，使其能够搭载单发或双发发动机。

ITA 航空公司的空客 A330 飞机在没有翼梢小翼的情况下飞行吗？

这意味着 A330 和 A340 的机翼都不是最佳选择。相比之下，A330neo 的机翼针对双引擎飞机进行了优化。机翼也针对预计会成为该系列最常见机型的机型进行了优化。例如，波音 787 的机翼更适合 787-9 机型。而空客 A380-800 则存在这个问题，其 机翼是针对未来计划中的加长型 A380-900 进行优化的，但最终未能问世。

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提升机翼性能的一个根本方法是将机翼与机身融合，形成翼身融合设计。目前的商用飞机都采用传统的筒体机翼设计，但这种情况可能会改变。初创公司JetZero正在与诺斯罗普·格鲁曼公司合作，为美国空军打造一架翼身融合喷气式飞机，并计划生产该飞机的商用客机版本。

JetZero 宣称其即将推出的全翼 Z4 飞机拥有低阻力和轻量化的特点，其燃油消耗将比现有商用飞机减少高达 50%。该飞机设计为中型飞机，预计航程为 5000 海里。时间将证明这一设计是否成功，甚至是否会带来颠覆性的影响。目前，该飞机仍处于设计阶段，尽管联合航空、阿拉斯加航空和达美航空都已投资该飞机。

与此同时，NASA 正在研发跨音速桁架支撑机翼。与现代机翼相比，这种机翼产生的阻力更小，因此可以减少飞机的燃油消耗。然而，这种设计的一个缺点是机翼更容易结冰。NASA目前正在努力解决结冰问题，并开发防冰系统。

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多年来，机翼发生了显著变化。得益于机翼形状、长度、重量、翼尖等部件的优化，气动性能得到了显著提升。目前尚不清楚未来是否会继续改进，还是会对现有设计进行重大改进，例如采用桁架支撑机翼。随着飞机发动机设计的变化，机翼也需要随之更新以搭载这些发动机。

或者，航空业可能会转向翼身融合飞机的新方向。目前还 不清楚像波音 777X 的折叠翼尖这样的明显改进是否会带来回报。虽然这种设计改善了空气动力学性能，但也增加了机翼的复杂性，可能会增加维护成本，而且还会增加重量。这并非波音公司第一次考虑折叠机翼，但此前该公司曾因过于复杂和风险而放弃了这个想法。

该设计可能导致该机型认证延迟，如果波音公司未能妥善处理，则可能导致飞机投入使用后的停机时间增加。如果波音公司能够成功设计新机翼，它将帮助航空公司节省航空燃油，并在与空客A350的竞争中占据显著优势。飞机的机翼设计对飞机家族中哪些型号更受欢迎有着重大影响。

来源：孟尝门下微湖客一点号