阻力是飛行的大敵，長(zhǎng)期以來(lái)，如何降低阻力是困擾民機(jī)制造商的一大難題。對(duì)于日益“斤斤計(jì)較”的民航界，減少阻力就如同將更多白花花的銀兩裝入口袋。
時(shí)至今日，因?yàn)闃I(yè)已高度優(yōu)化，絕大多數(shù)民機(jī)的外形大同小異。要想進(jìn)一步降低阻力，人們常有潛力挖盡的感慨。如果有人告訴你，對(duì)于未來(lái)民機(jī)，僅使用某一項(xiàng)技術(shù)便能使全機(jī)減阻15%，你也許會(huì)感到驚訝。但這一神秘的技術(shù)正慢慢走入更多人的視野。
自20世紀(jì)70年代“石油危機(jī)”以來(lái)，大型民用飛機(jī)自然層流技術(shù)研究一直持續(xù)開(kāi)展；新世紀(jì)航空市場(chǎng)對(duì)能耗、噪音等限制性要求持續(xù)加強(qiáng)，自然層流技術(shù)再次被寄予厚望，成為各航空強(qiáng)國(guó)的研究重點(diǎn)之一。
由于層流對(duì)于減阻的巨大作用，航空界很早就嘗試將層流應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)中，其中的“NACA6”系列翼型應(yīng)用廣泛，發(fā)展了很多改進(jìn)型。
早期最有名采用層流翼型的飛機(jī)就是二次大戰(zhàn)時(shí)美國(guó)的P-51野馬式戰(zhàn)斗機(jī)。
▲二戰(zhàn)期間P-51野馬式戰(zhàn)斗機(jī)以更為先進(jìn)的進(jìn)氣配置與總體布局使冷卻和空氣動(dòng)力效率大為提高，并納入層流翼設(shè)計(jì)進(jìn)一步強(qiáng)化高速性能。Discovery節(jié)目《軍武科技排行榜－十大戰(zhàn)機(jī)》將P-51選為歷史上十大戰(zhàn)斗機(jī)第一名。
▲這是由北美航空的P-51A野馬式戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展出來(lái)的A-36俯沖轟炸機(jī),它有“阿柏奇”和“入侵者”兩個(gè)綽號(hào)。
▲1940年D4Y彗星俯沖轟炸機(jī),彗星的機(jī)翼采用層流翼的橫切面設(shè)計(jì),對(duì)其高速的表現(xiàn)很有幫助。
▲第二次世界大戰(zhàn)末期采用層流翼橫切面機(jī)翼的英國(guó)霍克海怒戰(zhàn)斗機(jī)。海怒戰(zhàn)斗機(jī)被證明是一種受歡迎的機(jī)型，有多個(gè)海外軍隊(duì)使用，并曾用于1950年代初期朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)期間。
▲La-9戰(zhàn)斗機(jī)是第二次世界大戰(zhàn)后由拉沃奇金設(shè)計(jì)局設(shè)計(jì)的蘇聯(lián)末代螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī),La-9戰(zhàn)斗機(jī)保留了La-7戰(zhàn)斗機(jī)的外型，主要改良是采用了層流翼和以全金屬制造。
但由于當(dāng)時(shí)飛機(jī)的制造工藝原因，得不到足夠光滑和無(wú)波紋度的機(jī)翼表面，風(fēng)洞試驗(yàn)已證實(shí)的層流翼型的特點(diǎn)在飛行試驗(yàn)中并沒(méi)有得到實(shí)現(xiàn)。
20世紀(jì)80年代開(kāi)始，蘭利研究中心與通用電氣公司開(kāi)展了自然層流發(fā)動(dòng)機(jī)短艙研究，飛行試驗(yàn)表明，自然層流短艙可以保持層流在短艙的50%長(zhǎng)度以上。
20世紀(jì)90年代，蘭利研究中心用F-16XL飛機(jī)進(jìn)行了超聲速層流控制飛行試驗(yàn)。
▲用于超聲速層流減阻試驗(yàn)的F-16XL。
美國(guó)波音公司也對(duì)層流技術(shù)進(jìn)行了30多年研究，包括B757層流風(fēng)洞與飛行試驗(yàn)、B787-9的垂平尾層流技術(shù)驗(yàn)證等，而現(xiàn)役B787的短艙設(shè)計(jì)中就采用了層流技術(shù)。
▲波音公司在新型波音787的短艙輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用了自然層流技術(shù)，它可大幅降低阻力。
空客近年來(lái)利用A320和A340驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行混合層流（HLFC）技術(shù)的驗(yàn)證，結(jié)果表明可減小阻力3%以上。
▲我國(guó)自主研制的C919應(yīng)用了低阻力、自然層流的前段短艙。
2003年自然層流機(jī)冀在“本田噴氣”飛機(jī)上得到應(yīng)用該飛機(jī)相關(guān)飛行試驗(yàn)證明了其達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。外觀(guān)采用了先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)頭和機(jī)翼采用了自然層流形狀，防止發(fā)生空氣紊流，并大幅度降低了空氣阻力。其綜合了層流范圍、俯仰力矩、阻力發(fā)散等因素。
▲本田飛機(jī)于2011年在奧什科什飛行
總部設(shè)在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州里諾市的Aerion航空航天公司生產(chǎn)研發(fā)的SBJ噴氣商務(wù)機(jī)，是一款超音速公務(wù)機(jī)。 憑借其自然空氣層流專(zhuān)利技術(shù)（NLF，Natural Laminar Flow），可在一天之內(nèi)實(shí)現(xiàn)從歐洲到北美的工作旅程，實(shí)現(xiàn)了效率與靈活性的最大化體現(xiàn)。Aerion的工程師設(shè)計(jì)的機(jī)翼采用了獨(dú)特的創(chuàng)新技術(shù)，可將自然空氣層流優(yōu)化度提升逾70%。藉由最大限度降低機(jī)翼的進(jìn)氣紊流，減少90%的表面摩擦阻力，堪稱(chēng)動(dòng)力設(shè)計(jì)的完美典范。通過(guò)反復(fù)的專(zhuān)業(yè)計(jì)算，“精確捕捉到層流和紊流的邊界層”，工程師們?cè)诖嘶A(chǔ)上改良出SBJ輕盈的非后掠雙凸翼型。
▲Aerion SBJ：獨(dú)有的自然空氣層流技術(shù)的超音速飛機(jī)
2016年GKN航宇公司交付了2個(gè)自然層流機(jī)翼試驗(yàn)段中的一個(gè)。另一個(gè)試驗(yàn)段已于2015年底由薩博公司交付。這項(xiàng)活動(dòng)是歐洲潔凈天空聯(lián)合計(jì)劃下的一項(xiàng)研究。兩家公司交付的層流機(jī)翼試驗(yàn)件將于2017年在A340-300試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)。
▲A340-300
光滑的層流流動(dòng)可以減小阻力，但是需要制造過(guò)程中嚴(yán)格的公差控制以避免產(chǎn)生臺(tái)階或者縫隙從而對(duì)氣流產(chǎn)生擾動(dòng)。
▲A340-300機(jī)翼
GKN制造的層流機(jī)翼試驗(yàn)件將用來(lái)替代A340-300試驗(yàn)機(jī)右側(cè)機(jī)翼發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)的部分，采用了分離的上表面和前緣設(shè)計(jì)。GKN公司表示，層流翼段采用了“集成、共固化的上表面以及非常高精度的前緣表面，實(shí)現(xiàn)這樣的高精度和完美呈現(xiàn)需要新的設(shè)計(jì)方法和創(chuàng)新的制造技術(shù)?！?/span>
層流技術(shù)被認(rèn)為是新一代民用飛機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。需要航空制造技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步和大量開(kāi)展層流相關(guān)技術(shù)研究。
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