翼尖渦流

“翼尖渦流"又稱為翼尖渦，當機翼產生正升力時，下翼面的壓強比上翼面高，在上、下翼面壓強差的作用下，下方的高壓氣流循著翼尖往上滾卷流動到較低壓的翼面上側，加上本來流體就往後方流動，形成一種螺旋式的漩渦運動，翼尖渦就這樣產生了。

基本介紹

• 中文名：翼尖渦流
• 外文名：Tip Vortex

簡介

“翼尖渦流"又稱為翼尖渦，一般飛機的翼面都是利用伯努利原理，使流經上表面的流體流速較快，壓力較低，因而產生向上的升力。下翼面的壓強比上翼面高，在上、下翼面壓強差的作用下，下翼面的氣流就繞過翼尖流向上翼面，這樣就使下翼面的流線由機翼的翼根向翼尖傾斜，而上翼面的流線則由翼尖偏向翼根，但到了翼面尖端的地方，由於再也沒有翼面的分隔，使得下方的高壓氣流循著翼尖往上滾卷流動到較低壓的翼面上側，加上本來流體就往後方流動，形成一種螺旋式的漩渦運動，翼尖渦就這樣產生了。

因為翼尖渦來自翼面上下方氣流的壓力和流速的差異，而翼面上下的壓力差就是機翼升力的來源，因此翼尖渦的強度會和翼面可提供的升力成正比。而翼面提供的升力大小須至少是飛機的重量，這樣飛機才飛得起來，因此一般而言，飛機越大，翼尖渦也越強。目前營運中最大的民航機波音747型客機，就有很強很大的翼尖渦。

翼尖渦流的危害

影響飛行安全

飛機在前飛過程中, 在左右兩翼尖的後方也會拖出很強的翼尖旋渦。這一對很強的旋渦將對周圍流場起強烈的速度誘導作用, 且旋渦的強度正比于飛機的重量。大型運輸飛機的重量大, 尾渦強度很強, 其翼尖渦可延伸在飛機後方幾公里的地方, 旋渦區切向的速度分量要在旋渦形成後6 到8 分鐘才消失。由於旋渦區域中空氣的速度的大小和方向變化劇烈, 進入到這一區域中的小飛機會發生快速滾轉運動而導致飛行事故。特別是在飛機起飛和著陸時, 前面一架飛機拖出的翼尖尾渦對將直接危害後面一架飛機的安全。

減升增阻

翼尖渦流使流過機翼的空氣產生下洗速度，而向下傾斜形成下洗流。氣流方向向下傾斜的角度，叫下洗角。

由翼尖渦流產生的下洗速度，在兩翼尖處最大，向中心逐漸減少，在中心處最小。這是因為空氣有粘性，翼尖旋渦會帶動它周圍的空氣一起旋轉，越靠內圈，旋轉越快，越靠外圈，旋轉越慢。因此離翼尖越遠，氣流下洗速度越小。

圖示的就是某一個翼剖面上的下洗速度。它與原來相對速度v組成了合速度u 。u與v的夾角就是下洗角a1。下洗角使得原來的沖角a減小了。根據舉力Y原來的含義，它應與相對速度v垂直，可是氣流流過機翼以後，由於下洗速w的作用，使v的方向改變，向下轉折一個下洗角a1，而成為u。因此，升力Y也應當偏轉一角度a1，而與u垂直成為y1。此處下洗角很小，因而y與y1一般可看成相等。回這時飛機仍沿原來v的方向前進。y1既不同原來的速度v垂直，必然在其上有一投影為Q；。它的方向與飛機飛行方向相反，所起的作用是阻攔飛機的前進。實際上是一種阻力。這種阻力是由升力的誘導而產生的，因此叫做“誘導阻力”。它是由於氣流下洗使原來的升力偏轉而引起的附加阻力，並不包含在翼型阻力之內。

翼尖渦造成的下洗現象會造成升力下降，阻力增加。

相關事故

翼尖渦，這種翼面必然會引起的現象，帶來許多工程套用上的問題，其中最嚴重的當然是引發空難的風險。

就在2001年9月美國遭遇911恐怖攻擊後不久，11月12日早上，美國航空公司一架由紐約飛往多明尼加的空中巴士A300型客機，編號AA587航班，剛從甘迺迪機場起飛4分鐘就墜毀在附近皇后區海灘旁的住宅區，機上260人全部喪生，造成美國史上死亡人數次多的空難。由於地點在紐約，當時還一度懷疑又是一起恐怖攻擊事件。

但是經過近3年的調查，美國運輸安全委員會去年最後的報告指出：由於這班飛機跟在一架日本航空公司的波音747大型客機之後起飛，因此起飛後3分鐘內，曾遇到兩次747的機尾紊流，在第一次震盪時，飛機操作仍然正常，但是在第二次震盪時，飛機突然傾向一側3次，然後左傾下墜。

美國航空587號班機空難

調查報告中提到AA587航班所遭遇到的機尾紊流的渦漩強度，並不會使A300空中巴士有墜毀的危險，但是機長想要迅速修正受到機尾紊流所造成的傾斜，因而反應過度，反覆大幅地改變方向舵角度，導致垂直尾翼承受超過材料所能負荷的力量而脫落，才是飛機墜毀的主要原因。

其實，這裡所謂的機尾紊流正確地說應該是「翼尖渦流」。這是一種產生於飛機翅膀兩端的強烈渦漩，會流向機身後方，而且離飛機越遠影響範圍越大，但是基於環量守恆原理，其旋轉的強度則是減小。至於真正由機體產生的紊流，並不會旋轉得這么厲害。「翼尖渦流」在航空史上可以說是惡名昭彰，不僅每位飛行員還在課堂中上課時就會被叮嚀不要飛在前方的飛機所產生的強大紊流中，實際上它也已經直接引起數件空難。

1992年12月18日在美國蒙大拿州比林斯羅根機場，一架塞斯納550型小飛機跟在一架波音757客機後面落地。由於它跟得過近，在距離波音757後方2.78海里時，忽然向左滾轉，以近乎垂直的角度墜地，機上8人全部喪命。

1993年4月24日在科羅拉多州丹佛機場，一架降落中的波音757客機的翼尖渦流，被風吹向斜後方另一架降落中的聯合航空波音737客機，造成737客機向左滾轉23度，而且損失了200英尺的高度，幸好機長取得控制，重飛後安全降落。