Для чего нужны винглеты на крыльях самолета
Винглеты: для чего у самолетов сделаны скругленные «законцовки» крыльев и почему у некоторых их нет
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
В наше время авиакомпании все больше внимания уделяют расходу керосина в самолетах. Все потому, что топливное обеспечение авиалайнера может составлять от 30 до 50 процентов расходов на его содержание. Снизить расход топливо можно за счет создания все более эффективных двигателей. Каждое новое поколение позволяет сократить расход от 5 до 20 процентов. Также горючее можно экономить при помощи улучшения аэродинамических качеств, правда здесь добиться новых высот инженерной мыли крайне сложно, так как самолету уже достигли аэродинамической максимы развития.
Аэродинамическое сопротивление состоит из трех компонентов: сопротивления трения, давления, а также индуктивного сопротивления. Сопротивление давления зависит от формы обтекаемого тела. Сопротивление трения зависит от ровности обтекаемого тела. Наконец индуктивное сопротивление создается за счет разницы давления воздуха над крылом и под крылом (вверху давление всегда меньше и именно это создает подъемную силу). И здесь начинаются проблемы.
Дело в том, что воздух средней и корневой части крыла самолета перетекает от передней кромки к задней более-менее равномерно. Однако, ситуация полностью меняется когда речь заходит о законцовках крыла. Воздушный поток естественным образом стремящийся перейти из зоны высокого давления в зону низкого давления переходит из-под нижней части крыла в верхнюю. Более того, поток закручивает и образует вихрь. Это в свою очередь повышает уровень индуктивного сопротивления, а вместе с ним и расход горючего самолета.
Эту проблему решают несколькими методами. Первый – это использование специальных насадок на законцовках крыльев. Второй – удлинение крыла. И третий – использование винглетов. Последние появились в 1980-е годы на фоне топливного кризиса, когда авиакомпании всерьез стали задумываться об экономии горючего. Само собой, о технологии винглетов человечество знало задолго до этого. Встречаются они даже на некоторых моделях самолетов из числа первых.
Примечание : сегодня винглеты есть фактически на всех гражданских авиалайнерах, в том числе отечественного производства. Если ничего подобного на крыле нет, то скорее всего у самолета удлиненная форма крыла для решения тех же проблем с аэродинамикой.
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Что такое винглеты, и как они снижают затраты топлива самолетов (6 фото)
Если вы часто летаете на самолетах, наверное, вы неоднократно замечали, что на некоторых моделях есть загнутые продолжения крыльев, которые называются винглетами. А вы знаете, для чего вообще нужны винглеты? Во-первых, они помогают сократить затраты топлива, а во-вторых, уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу. Но как это работает?
Подобные вихри увеличивают индуктивное сопротивление и как следствие снижают подъемную силу крыла, а это в свою очередь влияет на расход топлива. Американский инженер по имени Ричард Уиткомб еще в начале 70-х годов прошлого столетия понял, как снизить завихрения. Благодаря его разработкам в 1975 году появились первые самолеты с модифицированными крыльями.
Винглеты эффективно снижают силу вихрей, что приводит к снижению расхода топлива.
В среднем, экономия топлива составляет 3,5-5,5%, а это очень существенный показатель. Конечно же, благодаря снижению расхода топлива, снижается и выброс вредных веществ в атмосферу.
Авиация России
Гражданская авиация, пассажирские и боевые самолеты и вертолеты России, новости и история российской и советской авиации.
Почему у МС-21 нет винглетов
Полное аэродинамическое сопротивление крыла самолёта, летящего на околозвуковой скорости, складывается из волнового, профильного, индуктивного и паразитного сопротивлений. Аэродинамическое качество крыла тем лучше, чем меньшую силу лобового и индуктивного сопротивлений оно создаст.
Такое движение воздушных масс сообщает воздушному потоку паразитную силу, направленную вниз перпендикулярно вектору скорости, что приводит к уменьшению на конце крыла подъёмной силы.
В результате, за концами крыла образуются два вихревых жгута, которые называют спутными струями. Энергия, затрачиваемая на образование этих вихрей, и определяет индуктивное сопротивление крыла.
Влияние винглетов на уменьшение индуктивного сопротивления
Размах крыла самолёта АНТ-25 составляет 34 метра!
Современные условия накладывают свои ограничения на размах крыла, которые определяются конструктивными и эксплуатационными параметрами. Так, например, аэродромная инфраструктура и требования ICAO ограничивают до 36 метров размах крыла у среднемагистрального самолёта. Винглеты позволяют увеличить эффективное удлинение крыла при практически неизменном размахе.
Углепластик — гораздо более жёсткий материал, поэтому, даже без использования винглетов, композитное крыло МС-21 большого удлинения, образованное тонкими суперкритическими профилями (практически плоская верхняя и выпуклая нижняя поверхности), позволяет на крейсерских скоростях полёта получить аэродинамическое качество на 5-6% лучше, чем у новейших зарубежных аналогов.
Для исследования влияния винглетов на динамику полёта МС-21 в ЦАГИ были спроектированы и испытаны в аэродинамических трубах крылья с аэродинамическими законцовками. Установка винглетов требует значительного усиления конструкции крыла и увеличения его массы. При боковых порывах ветра винглеты создают серьёзную сгибающую и крутящую нагрузки на крыло, существенно увеличивают влияние бокового ветра на самолёт при взлёте и посадке, а также в зонах турбулентности.
В тоже время на начальном этапе проектирования в начале 2000-х винглеты на МС-21 предусматривались (фото макета самолёта в заголовке статьи), т.е., конструкция крыла не позволяла получить требуемую топливную эффективность. Но по мере развития проекта, появления новых материалов и технологий от них отказались — потому что МС-21 это современный и технологичный самолёт с высоким аэродинамическим качеством, не требующим какого-либо изменения геометрии законцовок его крыла.
Винглет
Законцовки крыла (другое название концевые крылышки или винглеты; англ. winglet «крылышко») — небольшие дополнительные элементы на концах крыльев самолёта в виде крылышек или плоских шайб. Законцовки крыла служат для увеличения эффективного размаха крыла, снижая индуктивное сопротивление, создаваемое срывающимся с конца стреловидного крыла вихрем и, как следствие, увеличивая подъемную силу на конце крыла. Крыло без законцовки не создает подъемную силу на оставшихся 5% длины крыла до его конца. Также законцовки позволяют увеличить удлинение крыла, практически не изменяя при этом размах крыла. Применение законцовок крыла позволяет улучшить топливную экономичность у самолетов,либо дальность полёта у планеров. В настоящее время одни и те же типы самолётов могут иметь разные варианты законцовок.
Из серийно выпускающихся в России самолетов, законцовки имеют Ту-204/214 и Ил-96.
Содержание
История и развитие
Братья Райт в 1905 году впервые применили законцовки на летательном аппарате Флайер-III, и позднее на моторизированном самолёте Модель-А. Ричард Уиткомб, авиационный специалист и инженер, сотрудник НАСА, был одним из первых исследователей влияния законцовок крыла на аэродинамику самолёта. В начале 70-х он сконструировал законцовку крыла, перпендикулярно распространяющуюся вверх и вниз от плоскости крыла. Данная конструкция в настоящий момент применяется на крыльях среднемагистральных самолётов Airbus A-320. В начале 90-х Луи Гратцер, главный специалист по аэродинамике компании Aviation Partners, придумал и запатентовал «blended winglet» — сопряженное крылышко, которое плавно загибается вверх по дуге большого радиуса и имеет большое относительное удлинение. Первое же применение крылышек новой конструкции для модернизации делового самолета в 1991 г. позволило сократить расход топлива на 7%. Столь масштабная экономия за счет модернизации оказалась беспрецедентной в истории авиации, если не считать переделки всего самолета или ремоторизации.
Принцип действия
Подъёмная сила крыла образуется из-за разности давлений под крылом и над крылом. Из-за разности давлений часть воздуха перетекает через край крыла из области высокого давления снизу в область пониженного давления сверху, образуя при этом концевой вихрь. На образование вихря тратится энергия движения, что приводит к появлению силы индуктивного сопротивления. Концевой вихрь также приводит к перераспределению подъёмной силы по размаху крыла, уменьшая его эффективную площадь и удлинение, и снижая аэродинамическое качество. Установка винглетов помогает добиться более оптимальной формы распределения подъёмной силы.
Гребневые законцовки
Галерея
Различные самолеты и планеры, имеющие законцовки:
Для чего на крыльях некоторых самолетов делают винглеты
Те, кто часто летает на самолетах, наверняка замечали, что на некоторых моделях есть необычные детали на крыльях. Эти небольшие продолжения крыльев называются винглеты, и в нашем материале мы расскажем, для чего они нужны и как помогают сократить затраты на топливо и выбросы вредных веществ в атмосферу.
Если опустить сложные моменты аэродинамики, то упрощенно полет самолета выглядит следующим образом. Подъемная сила крыла самолета возникает из-за разности давления: над крылом формируется область пониженного давления, а под ним — повышенного. Но при этом воздух из области пониженного давления, то есть из-под крыла, постоянно перетекает наверх, в область пониженного давления. В результате этого процесса во время полета на конце каждого крыла образуется мощный воздушный вихрь.
Эти вихри увеличивают индуктивное сопротивление и как следствие снижают подъемную силу крыла и увеличивают расход топлива. Но этот негативный эффект можно уменьшить. Одним из первых, кто понял, как это сделать, был американский инженер Ричард Уиткомб. В начале 70-х годов прошлого века он сконструировал элемент крыла, так называемую законцовку крыла, которая стала применяться на практике, и уже в 1975 году первые самолеты с модифицированными крыльями стали летать в воздухе.
Как показали исследования, винглеты снижают силу образующихся вихрей и уменьшают индуктивное сопротивление. Как следствие, происходит снижение расхода топлива. В последующем инженеры разработали несколько моделей винглетов, которые применяются на разных моделях самолетов серии Boeing и Airbus, на российском Ил-96, Ту-204 и других.
Проведенные замеры выявили экономию топлива на 3,5-5,5% в зависимости от типа винглетов. Это очень существенный показатель для авиации, да и выбросы вредных веществ в атмосферу тоже снижаются. Но винглеты имеют существенный положительный эффект лишь при дальних перелетах, а вот при непродолжительном полете эффект от их установки незначителен. К тому же при взлете и посадке в условиях бокового ветра винглеты могут усложнить работу летчиков, дестабилизируя положение лайнера.