见识过嫁接花花草草，果树枝丫，但将一架飞机的机翼截下来，再嫁接一段新机翼，这事儿可不多见。这不，在今年9月26日，一架嫁接了新机翼的A340客机就搞出了一个大新闻。这到底是怎么回事儿呢？

当地时间9月26日，空中客车生产的第一架A340-300 飞机在法国南部城市塔布实现了其飞机生涯中的第二个首飞，之所以将这次飞行也叫做首飞，是因为它的主翼两端嫁接了全新设计的层流机翼，该型机翼计划使未来的短途民用客机减少8%的飞行阻力和5%的油耗及碳排放。A340层流机翼的升空标志着BLADE（刀锋）项目从理论计算走到了实际试飞阶段。BLADE项目是欧洲“清洁天空”计划中的一项，BLADE是“Breakthrough Laminar Aircraft Demonstrator in Europe”的缩写，意为“欧洲创新性层流飞机验证机”。未来，这架飞机还将进行约150小时的飞行测试，充分验证层流机翼对飞行效率、飞行品质等因素的影响。

层流机翼是什么？

层流（Laminar Flow），是流体的一种状态。在迎角等其他工况相同时，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或片流。随着流速增大，流体的流线开始出现波浪状摆动，摆动频率和振幅随流速的增加而增加，这种流况称为过渡流。当流速继续增大，流线不再清晰可辨，流场中出现许多小漩涡，此时称为湍流，或紊流、乱流。流体的这种变化可以在計算研究中量化。机翼层流，是指飞机机翼表面流体微团的轨迹没有明显不规则脉动的气流，流速增大后，气流会首先在机翼后缘发生扰动形成湍流，湍流中的流体微团会与机翼产生较大的摩擦阻力，速度越大，湍流形成的位置越靠前，摩擦阻力就会越大。

层流机翼，即充分利用气体层流效应设计的翼型。与大多数机翼横截面上弯下平的设计不同，层流翼的上下翼面均弯曲凸起（上方比下方略凸），其最大凸起处为弦长的50%处，而最前方相对较薄，此种设计能减少流经翼面的湍流，减少空气阻力，进而加快飞机速度和减少耗油量；层流翼的缺点是在低速时产生的升力较一般机翼小，这可能也是空客选择拥有4台发动机的A340进行该试验的原因。简单地说，层流机翼就是通过延后上表面气流从层流变成湍流的位置，以减少湍流带来的空气与蒙皮摩擦阻力的翼型。

众所周知，飞机飞行时受到的空气阻力有4大类，分别是摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和附加阻力。这里说到改变翼型，我们很容易想到翼稍小翼对阻力的影响，其实，翼梢小翼减少的是诱导阻力，和今天所说的层流机翼没有关系。

研究层流翼型涉及更多的问题当属摩擦阻力，有研究表明，采用层流翼和层流发动机短舱设计可以减少30%的摩擦阻力。当同一股流体流经物体表面时，后方的湍流摩擦阻力要比前方的层流摩擦阻力大90%甚至更多，而且后方流体流速也会迅速降低，这也是很多战斗机发动机进气道口有附面层隔板的原因，要滤掉紧贴机身蒙皮的那层混乱气流。因此，设计一款层流机翼，就需要在增加机翼表面光洁度和缩小弦长这两个方面下功夫，前者是为了降低摩擦阻力，后者为了降低抑制湍流产生的难度。那么，层流机翼设计真的很难么？

目前，自然层流（NLF）机翼已经在一些中小型飞行器，如本田喷气公务机、“全球鹰”无人机以及滑翔机上成功使用，本田公务机甚至将NLF设计原则应用在机头，与湍流机头相比阻力降低了约10%。此外，二战时期的著名战机P-51“野马”也是层流翼型，看来层流效应在小个头的飞机上容易实现。大型民用客机由于飞行雷诺数较大，飞机表面实现稳定的自然层流比较困难，自然层流技术仍处于探索之中，自然层流机翼，这就是空客，以及其他20个合作伙伴共同研究的课题。

刀锋机翼什么样？

经过多年的理论研究与风洞试验，“刀锋”项目终于在今年9月底被这架A340-300带上了天。除了安装层流机翼，项目团队还在A340的垂尾顶部和翼尖安装了设备舱，用来监视、记录层流翼的流场状态。空客称，这架“刀锋”A340是欧洲尺寸最大的飞行试验验证机。

为什么要研究探索层流机翼？空客研发部主管阿克塞尔·弗莱格解释说，近50年民用飞机的单座油耗每千米降低了约7%，这主要是通过使用新型发动机、新型轻质材料和先进的制造技术实现的，这些方面的探索已经接近瓶颈，下一步将从更加细微的摩擦阻力寻求效率提升空间。

弗莱格称，解决机翼摩擦阻力的理论探索已经进行了多年，但在实际设计中却没有太多应用，这是因为层流对小的扰动十分敏感，要求机翼截面的设计偏差率极低，且要求表面具有极强的抗污染能力。但随着技术的进步，现在已经有了成熟的工业方案解决这些问题，是时候将这些方案拿上飞机进行试验了。

生活的世界。A340嫁接机翼，嫁接的不仅是一块层流机翼那么简单，而是想通过每架飞机再减少5%的排放，带给世界多一点清新与绿色。科学研究也从来不是一帆风顺，“刀锋”计划有拖延，开式转子发动机项目搁浅，人们还需要面对很多，脚踏实地地做，让嫁接的机翼早日在未来天空结出灿烂的果实。

责任编辑：陈肖