Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки в борьбе с индуктивным сопротивлением.

Здравствуйте, друзья!

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.Предыдущая моя статья рассказывала о самолетах, носящих название airbus. После нее кое-кто из читателей обратил внимание на то, что некоторые лайнеры на приведенных фотографиях имеют на концах крыла «задранные вверх кончики». Читатели сразу заинтересовались, почему только некоторые? И не является ли это «выпендрежем конструктора-дизайнера»?

Ну что ж, вполне логичный вопрос. И тем более очень неплохой повод написать новую статью как раз на эту тему, об этих самых «кончиках» :-)

Могу сразу сказать, что нет, это не выпендреж. Это попытка (более или менее удачная) повысить эффективность летательного аппарата без внесения каких-либо радикальных изменений в его конструкцию. Однако, начнем «от ворот» :-) . То есть обо всем по порядку. Для начала немного теории.

Мы с вами знаем, что при движении крыла в воздушном потоке на него действуют аэродинамические силы. Одна из них — сила лобового сопротивления, никуда от нее не деться :-) . Сила эта в зависимости от своего происхождения может иметь несколько составляющих.

Это такие как профильное сопротивление, волновое и индуктивное сопротивление крыла. Первые два нас сегодня мало интересуют :-) , а вот о третьем поговорим подробнее.
Нам уже давно известно, что при движении крыла (профиля) в воздушном потоке (уже повторяюсь :-) ) возникает разность давлений между верхней и нижней поверхностью крыла. В пограничном слое потока над крылом давление ниже, а под крылом — выше.

Если две области с разными давлениями соприкасаются, то естественно возникает тенденция к тому, чтобы эти давления уравнялись. То есть газ всегда старается переместиться из области с повышенным давлением в область с пониженным. Происходит это и на крыле.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Схема перетекания на крыле.

Самый простой путь перемещения (чтобы не двигаться против потока) — через законцовку крыла. То есть пограничный слой перемещаясь к законцовке как бы «проворачивается» вокруг нее, оказываясь уже на верхней поверхности крыла.

Однако крыло ведь движется вперед и, как я его обозвал :-) , «провернувшийся» воздух в определенный момент времени оказывается уже позади крыла, а на его месте теперь «проворачивается» новая порция воздуха. Таким образом вращательное движение воздуха как бы накладывается на поступательное движение крыла.

За оконечностью крыла создается своего рода вытянутый вращающийся вихрь, который называют вихревым жгутом или шнуром. В пояснение этого небольшой ролик.

Такие вихри вытягиваются за крылом абсолютно каждого самолета. Но, конечно, в обычном полете они визуально незаметны. Наглядно увидеть их образование можно, если внутри жгута создадутся условия для конденсации влаги из воздуха, тогда жгут станет белым, либо же если самолет искусственно прогнать через полосу цветного дыма. Именно такой способ сделать вихревой шнур видимым показан на ролике.

Этот жгут сам по себе является серьезным возмущением потока. За крылом большого, тяжелого самолета он может вытянуться на расстояние до 10-15 км и стать опасным для самолетов, попавших в такую вихревую струю.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Образование вихревых жгутов за крылом самолета.

Однако продолжим. Одно из свойств атмосферного воздуха – это вязкость. Благодаря ей, пограничный слой, вращаясь вокруг законцовки крыла, захватывает с собой соседние слои воздуха, а те, в свою очередь соседние с ними. Таким образом воздух в районе крыла приобретает вращательное движение вокруг оси проходящей через

законцовку крыла (и направленной по полету) с наибольшей скоростью возле законцовки и постепенным затуханием по мере удаления от него (это понятно, воздух все же вязкий :-) ).

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Движение воздуха при формировании вихревых жгутов.

При этом, как это видно на рисунке, воздух, вращаясь по окружности вокруг крыла, описывает возле него ту часть этой окружности, при которой он движется вниз. Получается, что воздух, обтекающий крыло (или его профиль) приобретает дополнительную вертикальную скорость Vy, направленную вниз. То есть возникает дополнительный скос потока ( к тому, который уже итак был из-за наличия угла атаки α).

То есть теперь воздух набегает на профиль с несколько меньшим углом атаки (на Δα). Но подъемная сила (Y), как известно всегда перпендикулярна набегающему потоку, поэтому, чтобы сохранить этот принцип она отклоняется несколько назад (Y1). В результате этого сразу появляется ее горизонтальная проекция. Это уже другая сила, совсем иного характера, нежели подъемная, потому что направлена она горизонтально в сторону противоположную полету (Xинд.). А все, что против полета — это сопротивление.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Образование индуктивного сопротивления за счет дополнительного скоса потока.

В итоге, что же мы получили… Крыло при движении индуцирует через вихревые жгуты дополнительный скос потока, в результате чего и образуется, как вы уже поняли, индуктивное сопротивление крыла. Чем больше подъемная сила, тем, как ни странно это звучит, больше сопротивление.

Иначе еще говорят, что для образования и раскрутки вихревых жгутов нужна энергия, которая и забирается от энергии движения самолета. Как результат летательный аппарат испытывает дополнительное сопротивление для движения вперед.

Плюс к этому еще считается, что около 5% несущей поверхности крыла вообще работает неэффективно из-за перетекания и выравнивания давлений. Эти проценты составляют как раз концевые части, на которых дела с образованием подъемной силы обстоят похуже, чем на других участках.

Вот так… Однако, летать все равно надо, поэтому со всяким сопротивлением так или иначе приходится бороться. Ведь чем меньше сопротивление, тем дальше при тех же ресурсах пролетит самолет. Особенно это важно для самолетов, летающих на большие расстояния, пассажирских и транспортных.

Бороться с сопротивлением можно по-разному. Можно противодействовать самому сопротивлению, а можно попытаться устранить причины его возникновения.
Раньше в основном использовался первый путь. То есть ставится на самолет движок помощнее (есть такое умное слово «ремоторизация» :-) ) и никакое сопротивление нипочем. Вот только какой при этом будет расход топлива

Было время, когда такая стратегия была вполне приемлема. Ведь тогда еще не знали, что такое топливный кризис и высокие цены на нефть. В наше время приходится искать иной путь. Конструкторы взялись за причины возникновения вихревых жгутов.

Причина-то собственно одна — перетекание воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю. Сделать так, чтобы это перетекание стало невозможным или хотя бы свести возможность его образования к минимуму и, считай, задача решена. Для этого существуют разные приемы.

Если, например, уменьшить разность давлений между верхом и низом профиля крыла, то уменьшится подъемная сила и, соответственно, уменьшится индуктивное сопротивление, напрямую, как мы знаем уже :-) , от нее зависящее. Это можно сделать, уменьшив угол атаки крыла на том его участке, где требуется понизить вредное индуктивное сопротивление. Такой прием применяется на практике и называется отрицательная крутка крыла.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Отрицательная крутка крыла.

Крыло в этом случае (обычно на его концевых частях, подверженных образованию вихревых жгутов) как бы слегка закручивается передней кромкой вниз (если бы вверх, была бы положительная крутка :-) ), а задней вверх. При этом угол атаки становится меньше и, соответственно, уменьшается индуктивное сопротивление. Такая крутка применена, например, на Boeing-787 Dreamliner (левая консоль, фото помещено ниже). Крутка крыла вобщем-то имеет несколько видов и применяется для различных целей. Но об этом в других статьях :-) . А пока о следующем приеме.

Главный путь перетекания воздуха — это законцовка крыла. Поэтому понятно, что идеальным вариантом было бы, если бы ее не было, то есть крыло бы вообще не кончалось. Не было бы где перетекать :-) . То есть в идеале крыло должно быть бесконечного размаха или, более правильно сказать, бесконечного удлинения.
Сделаю небольшое отступление, чтобы рассказать о термине «удлинение крыла».

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

А-В: размах крыла. Airbus A320.

Размах — это скорее габаритный термин. Он может характеризовать аэродинамические свойства крыла только косвенно. Ведь два разных в плане крыла ( например, прямое и стреловидное) имеющие, вполне понятно, разную аэродинамику вполне могут иметь одинаковый размах.

Удлинение как раз и учитывает размах крыла в соответствии с его формой в плане. И выражается оно так: λ= L2/S , где λ – это удлинение, L – размах крыла ( А-В на рисунке), Sплощадь крыла в плане.

Итак бесконечное удлинение… Это, конечно, из области фантастики. Но просто большое удлинение — вполне сложившийся факт. Для самолетов, предназначенных для полетов на дальние расстояния с не очень большой скоростью оно может быть равно 12-15. Очень характерный пример самолета такого плана — это знаменитый АНТ-25 чкаловского экипажа. Он создавался специально для дальнего перелета.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Легендарный АНТ-25 на аэродроме Пирсон Филд, Ванкувер. 20 июля 1937 года.

Посмотрите на его крыло (сравните, для интереса :-) , его с длинной фюзеляжа) и вам все станет ясно :-) … Или, например, американский разведчик Lockheed U-2. Дальность для него очень важна :-) . Прямая противоположность ему истребитель Lockheed F-104 Starfighter, можете сравнить…

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Разведчик Lockheed U-2S. Обратите внимание на размах крыла.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Истребитель F-104 Starfighter. Обратите внимание на очень короткое крыло.

Очень важен этот термин для спортивных планеров. У них ведь двигателя нет, бороться с индуктивным сопротивлением нечем :-) , а дальность полета имеет важность первостепенную, поэтому все они имеют крыло большого удлинения. У них оно может достигать 25 едениц. Красивый аппарат, неправда ли?

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Спортивный планер. Красивый аппарат :-) . Винглеты ему тоже не помешают.

Однако вернемся, как говорится, с небес на землю. Длинное крыло — это хорошо. Это даже красиво, но ведь длинна – это вес. И нагрузки на такое крыло в полете немалые. А нагрузки — это прочность, а прочность — это опять же вес. Кроме того, чем больше крыло, тем больше обычное лобовое сопротивление. Есть еще одно существенное обстоятельство. Это габариты.

Самолет с большим крылом может просто не поместиться на стоянке в аэропорту. Например известный А380, имеющий размах крыла 79,8 м, только- только влезает в параметры современной аэродромной инфраструктуры, для которой максимально допустимый размер 80 м. По 10 см запаса с каждой стороны. Не разбежишься особо :-) .

Вот и все насмарку. Получается, что слишком увлекаться удлинением крыла за счет размаха не стоит. Избавиться от законцовки, способствующей перетеканию, насовсем :-) выходит невозможно?..

Но не все так плохо. Оказывается есть другая хорошая возможность. Законцовка крыла может быть видоизменена. Она не только не будет способствовать перетеканию, но может стать преградой (в механическом или аэродинамическом плане) на его пути.

Именно этот путь борьбы с индуктивным сопротивлением сейчас приобретает достаточно массовый характер среди ведущих авиапроизводителей. В русском языке существует несколько названий для таких видоизмененных законцовок крыла. Это собственно законцовки, концевые крылышки, шайбы Уиткомба, винглеты. Все они представляют собой дополнительные поверхности на концах крыла, чаще всего в виде вертикальных (или околовертикальных) «крылышек».

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Вихревой жгут за обычным крылом и за крылом с blended winglet.

Winglet в переводе с английского как раз и означает «крылышко». С их помощью уменьшается вредное перетекание на крыле, увеличивается его эффективное удлинение, при этом практически не увеличивая размах. Это позволяет уменьшить величину индуктивного сопротивления (снизить интенсивность вихревых жгутов) и, соответственно, ощутимо увеличить экономичность и дальность. Вихри как бы перемещаются на концы «крылышек» и становятся значительно меньше.

А началось все еще в 1897 году, когда английский инженер Frederick W. Lanchester запатентовал специальные концевые поверхности, как способ контроля вихревых шнуров. Позже в 1910 году авиационный инженер, американец шотландского происхождения William E. Sommervile запатентовал первые реально функционирующие винглеты и в дальнейшем устанавливал их на бипланы и монопланы своей конструкции.

В 70-х годах инженер NASA Ричард Уиткомб разработал и всесторонне исследовал законцовку, которая сейчас называется крылышко Уиткомба (или шайба Уиткомба). Тогда его на это вдохновил топливный кризис 1973 года :-) . Оно представляет собой поверхность, распространяющуюся перпендикулярно крылу вверх и вниз.
NASA продолжило разработку винглетов, используя для этого экспериментальные самолеты.

Однако уже с конца 70-х началась установка винглетов на самолеты бизнес-авиации, которые совершали длительные крейсерские полеты на большие расстояния. Первыми здесь были фирмы Learjet и Gulfstream Aerospace Corporation. Они ставили законцовки крыла собственной разработки. Эти работы увенчались успехом. Уже на первых моделях было получено увеличение дальности до 6,5%.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Самолет бизнес-авиации Learjet 31A. Хорошо видны винглеты.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Винглеты на самолете бизнес-авиации Gulfstream G450.

Впервые на современном пассажирском лайнере законцовка крыла в виде винглета была установлена на Boeing-747-400 в 1985 году. На английском такой тип законцовок крыла называется wingtip fence.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Винглеты на Boeing-747-400.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Винглет на крыле Boeing-747-400.

Далее уже в 1991 году следующий шаг сделала фирма Aviation Partners Inc.(API). Ее главный специалист по аэродинамике Луи Гратцер (бывший, кстати, глава аэродинамического отдела Boeing) придумал blended winglet. Такая законцовка крыла представляет собой крылышко, в которое плавно переходит крыло, загибаясь вверх по дуге большого радиуса. Крылышко это имеет большое удлинение.

API сразу запатентовала это изобретение и правильно сделала, потому что когда такие винглеты установили на самолет Gulfstream II во время его модернизации, экономия топлива составила 7%. Такого эффекта, когда сравнительно незначительная переделка оказалась столь действенна в истории авиации еще не было.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Модернизированный Gulfstream II с blended winglet.

В конце 90-х Boeing применил технологию « blended winglet» на самолетах серии Boeing Business Jet (BBJ). Это серия специальных самолетов бизнесс-класса, первоначально создававшихся на базе В-737. Такие законцовки крыла были применены с целью увеличения дальности полета и повышения коммерческой привлекательности этих лайнеров.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing Business Jet на базе 737-го. Boeing-737/BBJ.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Пример интерьера самолета серии Boeing Business Jet.

И сразу после этого, основываясь на своем (и чужом, кстати) положительном опыте Boeing через свое совместное с API предприятие (оно называется Aviation Partners Boeing (APB)) стал предлагать фирмам, эксплуатирующим самолеты семейства Boeing 737NG установку blended winglet как на самолетах уже используемых (в плане модернизации), так и на вновь заказываемых. Боинги NG (New Generation) – это новое семейство самолетов серий -600/-700/-800/-900, которые последовали за классическими боингами серий -300/-400/-500. И экономия топлива для них в результате применения винглетов составила достаточно внушительные 4-5%.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-737-800 (из серии NG).

Далее Boeing стал применять эту технологию на других своих самолетах (В-757-200), и на некоторых экономия топлива оказалась даже большей, чем на 737-х. По словам представителей АРВ blended winglet применим и может повысить эффективность абсолютно любого типа коммерческих самолетов.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-757-200.

Однако интересно, что препятствия к такому широкому их применению все же есть, и к технике они отношения не имеют :-) . Это конкуренция и коммерция. Известно, что Airbus — это сильнейший конкурент Boeing, к тому же в последнее время его ощутимо опережающий. Видимо поэтому АРВ (конечно же под давлением Боинга) так и не продала ему лицензию на использование blended winglet. Airbus использовал на своих самолетах крылышки Уиткомба.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

"Крылышки" Уиткомба на самолетах AIRBUS.

Однако такие законцовки крыла давали только около 1,5% экономии, поэтому Airbus занялся собственными разработками для семейства самолетов А320 и в конце 2011 года начал проводить испытания опытных образцов. Они были названы sharklets (акульи плавники) и призваны обеспечить экономию порядка 3,5-4% на маршрутах большой протяженности. Принято решение об установке sharklets на все самолеты семейства А320NEO (начало эксплуатации планируется с 2015 года), а также на машины, находящиеся в эксплуатации.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Самолет из новой серии A320NEO (компьютерное моделирование).

Интересно, что фирма API после начала испытаний sharklets обвинила Airbus в нарушении прав интеллектуальной собственности и обратилась в суд. Тяжба в самом разгаре. Тяжела жизнь большого бизнеса :-)

В настоящее время список самолетов, на которых применяются винглеты того или иного вида для снижения индуктивного сопротивления крыла постоянно расширяется. Среди них, например, присутствуют региональные Embraer ERJ-190 и Bombardier CRJ-200, а также российские средне- и дальнемагистральные ТУ-204 и ИЛ-96.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Региональный самолет Bombardier CRJ-200.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Региональный самолет EMBRAER ERJ-190.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Широкофюзеляжный ИЛ-96.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

ТУ-204. Законцовки крыла хорошо видны.

На сегодняшний момент, конечно, первенство в разработке и внедрении различных типов законцовок крыла для коммерческих самолетов принадлежит фирме Boeing совместно с фирмами APB и API.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Винглет на крыле Боинга серии NG. Сборочный цех завода Boeing.

Не так давно на боинги, летающие на трассах большой протяженности, он стал ставить законцовки крыла другой конструкции, называемые raked wingstips. По русски это название звучит как гребневые законцовки.

Они представляют собой горизонтальные «крылышки» с большой стреловидностью (больше, чем у основного крыла). Здесь сделана ставка на эффективное увеличение удлиннения крыла и за счет этого уменьшение интенсивности вихревых шнуров.

Считается, что гребневые законцовки дают уменьшение индуктивного сопротивления крыла на 5,5% в отличие от обычных винглетов (а также blended winglet), дающих 3,5-4,5%.

Самолеты, на которые ставятся гребневые законцовки крыла (или планируется их установка) это, конечно, самолеты фирмы Boeing :-) :

Новейший В-474-8 (в модификациях Freighter и Intercontinental);

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing 747-8 Freighter.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Raked wingtips на крыле Boeing 747-8F

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-747-8 Intercontinental.

Знаменитый B787 Dreamliner (в модификациях 787-8 (базовая модель) и 787-9 (увеличена дальность и полезная нагрузка));

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-787 Dreamliner. Видны законцовки raked wingtips, а также отрицательная крутка крыла.

В-767-400ER;

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-767-400ER.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Законцовка raked wingtips на крыле Boeing-767-400ER.

Лайнеры для сверхдальних трасс В-777 (в модификациях 200LR,300ER и Freighter), а также военный P-8 Poseidon, созданный для нужд военно-морского флота США.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-777 Freighter.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-777-200ER.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-777-300ER.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Самолет ВМС США Р-8А Poseidon.

Интересен здесь такой факт. В-787-3 тоже самолет из нового семейства Dreamliner, но на нем применены обычные blended winglet. И это неспроста. Дело в том, что при принятии решения об установке специальных законцовок крыла, несмотря на все их положительные стороны, приходится идти на определенный компромисс. Есть кое-что и отрицательное в этом деле (идеального ничего в мире не бывает :-) ).

Любая дополнительная аэродинамическая поверхность, как бы хорошо она не выглядела — это всегда дополнительное сопротивление. Кроме того это обязательно дополнительная масса (сами поверхности плюс узлы крепления). Например sharklets для семейства 320-х хоть и изготовлены из относительно легких композитных материалов и хорошо обтекаемы, но имеют в высоту 2,5 метра. Парочка таких плоскостей это уже немало.

Кроме того винглеты — это часто дополнительная изгибающая сила, то есть увеличенная нагрузка на крыло, а значит его дополнительное упрочнение, что чаще всего ведет за собой увеличение веса.

Поэтому, еще раз повторю, установка законцовок крыла — это компромисс между потерями аэродинамическими, весовыми и другими и приобретениями в виде уменьшения индуктивного сопротивления. Тут уж что перевесит :-) ….

Большая дальность и при этом экономия топлива важна для самолетов, летающих на протяженных трассах и длительное время находящихся в режиме крейсерского полета. Именно на этом режиме происходит (и ощущается!) основная экономия топлива.

Если же самолет ближнемагистральный, полет которого может длиться иной раз даже меньше часа, то крейсерский режим для него, так сказать, мало ощутим. Для такого самолета потери могут оказаться ощутимей выигрыша, поэтому винглеты на него могут быть вообще не установлены или же установлены упрощенного вида.

Вот один пример. При определенных условиях возможен такой вариант (по данным компании Boeing). При увеличении размаха на один фут создается такая же дополнительная изгибающая сила, как при установке трехфутового винглета (типа blended winglet). Но с другой стороны трехфутовый винглет имеет такую же эффективность, как двухфутовое увеличение размаха. Опять компромисс… то есть когда увеличение размаха имеет тот же эффект, что и установка винглетов, то решающим является величина дополнительной нагрузки на крыло.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeihg-787-3. Компьютерное моделирование.

В-787-3 именно поэтому не получил raked wingstips, как все самолеты его семейства. Ведь он позиционируется как ближне- и среднемагистральный самолет и такие законцовки крыла для него не выгодны. При полетах на короткие дистанции эффект будет не столь ощутим, как потери от дополнительного упрочнения крыла.

Итак на сегодняшний день в мировой авиации существуют три основных типа законцовок. Это wingtip fence, blended winglet, raked wingstips, а также аирбасовские sharklets. Наиболее широко на данный момент применяются blended winglet. Однако конструкторская мысль на месте не стоит.

Боинг для нового семейства самолетов В-737MAX (проходят испытания)разработал новый тип винглетов, получивших неофициальное название «двойное перо». У этой законцовки, состоящей из двух частей, одна часть, большая, направлена вверх, а вторая, меньшая вниз. Считается, что она представляет собой нечто среднее, между тремя вышеуказанными типами винглетов, применявшихся на боингах. От этой конструкции ожидается эффект в 1.5% сверх уже имеющейся.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Boeing-737MAX. Законцовка в виде "двойного пера".

Компания API разрабатывает новый тип так называемых спироидных законцовок крыла. Это из раздела мечтаний о том, чтобы крыло вообще никогда не кончалось :-) . Ожидаемый эффект от такой конструкции – 10% топливной экономии без особых массовых затрат. Пока с таким крылом летает только опытный Falcon 50.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Так называемые спироиды на крыле самолета Falcon 50.

В заключении скажу, что специальные законцовки могут применяться не только на крыле самолета, но и на плоскости, вобщем-то родственной по физическому смыслу. Это лопасти воздушных винтов, причем не обязательно винтов авиационых. Неавиационные – это винты мощных ветрогенераторов, без которых давно уже не обходятся пейзажи северного побережья Западной Европы. На фото законцовка одной их лопастей. Предназначение, я надеюсь, вам теперь понятно :-) .

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Законцовка лопасти ветрогенератора.

Кроме того законцовки типа raked wingstips применены, к примеру, на винтах военного транспортника C-130J “Super Hercules”, а на лопастях вертолета AgustaWestland AW101 укреплены специальные законцовки, изменяющие скос потока от несущего винта и упрощающие пилотирование около земли в пыльных местностях.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Военно-транспортный C-130J-30 Hercules.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Винты транспортника Hercules с законцовками по принципу raked wingtips.

Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки против индуктивного сопротивления.

Вертолет Agusta Westland AEW101. Хорошо видны специальные законцовки лопастей.

Все…. Пожалуй достаточно. Статья получилась длинная и объемная, но я все же очень надеюсь, что никого не утомил :-) . По крайней мере теперь я думаю всем понятно, что это за «кончики» такие. Ясно, что это не уловка дизайнера, хотя иной раз думается, что и не без этого. Уж очень эффектно такие законцовки крыла смотрятся. Я думаю, что вы со мной в этом согласитесь :-) ….

В конце помещаю видео. Ролик об испытаниях А320 с винглетами типа sharklets (этот ролик, правда, есть в статье об аэробусах, но тут он тоже как нельзя кстати :-) ). Рекламный ролик компании Finnair, где хорошо определяются винглеты разного вида на самолетах Embraer ERJ-190 и А320. Взлет Boeing-757-200 c  blended winglet той же компании. Кроме того решил еще поместить пару коротких роликов о планерном полете… Уж больно красиво :-)

До новых встреч.

Фотографии кликабельны.

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

Related posts:

  1. Профиль крыла. Что это?
This entry was posted in АВИАИНТЕРЕСНОСТИ, АЭРОДИНАМИКА. ЭЛЕМЕНТАРНО., САМОЛЕТ and tagged . Bookmark the permalink.

98 Комментариев: Законцовки крыла, винглеты и прочие штучки в борьбе с индуктивным сопротивлением.

  1. Игорь говорит:

    Спасибо за очень конструктивное объяснение!

  2. Василий говорит:

    Добрый день.
    Подскажите почему как вы думайте на МС-21 не законцовок крыла?
    И правда ли есть ограничение по размаху крыла 36 метров?

    16 августа 2011 Алексей Синицкий
    “— Почему на МС-21 нет законцовок крыла?
    — По этому вопросу существуют разные точки зрения. Известно, что размах крыла среднемагистрального самолета ограничен 36 м — таково требование ICAO, учитывающее реальное положение с аэродромной инфраструктурой.
    Понятно, что законцовки добавляют аэродинамическое качество. Мы знаем, сколько это может дать на реальном самолете, поскольку спроектировали “крылышки” и испытали их в аэродинамических трубах. Однако установка законцовок — это дополнительный вес, и баланс получается неоднозначным.
    Мы в ЦАГИ считаем, что это резерв, который можно использовать на каких-то модификациях самолета. Однако пока характеристики, которые у нас получаются без этих крылышек, достаточны для обеспечения требуемого уровня конкурентоспособности самолета.”

    • Юрий говорит:

      Вы имеете в виду нет винглетов? Ну, это надо спросить у конструкторов. Винглеты – вещь неоднозначная (это и Синицкий, кстати, сказал), их нельзя просто “прилепить”, они проектируются в комплексе всего крыла. Мне кажется, что изначально в проекте (который не столь уж и молод) они не были предусмотрены, а потом уже решили их не внедрять, тем более, что плюсов хватает и без них. Оставили их внедрение на будущее, если проект окажется достаточно прибыльным. По размаху существуют нормы ИКАО в зависимости от индекса (класса) самолета для возможности их гарантированного использования на любом аэродроме мира соответствующего класса.

      • Ману говорит:

        Здравствуйте, простите спросить хотел а не у кого нет сравнения 2х самолетов с законцовкой и без :? в виде графика или есть какие нибудь формулы по которой можно создать подобный график:? спасибо.

  3. vim.airlines@mail.ru говорит:

    Добрый день.
    А изгибающие моменты на крыло возрастают существенно от установки винглетов? Просто на Эрбасах А320 в последнее время ставят Sharklets , значит ли это,что у Эрбас имеет несколько типов крыла с возможностями доработки ,или крыло как-то усиливается во время установки?

    • Юрий говорит:

      Точно, вернее говоря количественно, ответить на этот вопрос не могу (только качественно – моменты возрастают) – нет таких данных у меня, к сожалению. Однако, не думаю, что для установки шарклетов проводится доработка с заменой крыла, вряд ли такие затраты оправданы. К тому же насколько мне известно шарклеты устанавливаются на серию А320NEO, то есть на новые самолеты с возможно упрочненным крылом.

      • vim.airlines@mail.ru говорит:

        Нет,на NEO будет уже другое крыло, а сейчас на старые 320 ставят шарклеты) Как я понимаю, монтажной нагрузки от них почти нет, но вот интересно было бы узнать,какое влияние на изгиб крыла.
        Думается,что действительно есть разные типы крыла и на некоторые можно устанавливать шарклеты.

        • Юрий говорит:

          Понятно, что другое крыло )… Под него шарклеты и разрабатывались. Однако, мне кажется, характеристики нагрузок вы можете только в аирбасе узнать )) – все-таки шарклеты – их ноу-хау….

  4. Mpuppets говорит:

    Я очень часто летаю. И думаю у меня аэрофобия. Для этого начал изучать все про самолеты и сам полет. Надеюсь знания происходящего полета помогут мне искоренить страх полетов.
    Теперь это мой любимый сайт про самолетов. Спасибо автору за такую интересную и хорошо поданную статью!

    • Юрий говорит:

      Вы совершенно правильно поступаете, на мой взгляд. Заходите, читайте, буду рад.

  5. Алексей говорит:

    Юрий, с большим интересом читаю Ваши статьи, спасибо за этот “ликбез”! По поводу вихревых шнуров пришла такая мысль, и вот не дает покоя. Если законцовка будет иметь форму острого клина, это разве не даст схожий с применением виндглетов эффект?
    И вот забавный экскурс в историю.В тех же самолетах рассвета поршневой авиации, в частности в германских зачастую законцовки имели весьма странную с этой точки зрения форму – даже не всегда эллипс, а иной раз просто “обрубок”(Bf-109E, FW-190 да и Не-111, который все же не только бомбер, но и пассажирский самолет.). Вроде это объясняют технологическими причинами, но все же в плане технологии Германия стояла тогда повыше Союза. Да и тот же Мустанг у американцев вдруг получил “рубленные” законцовки, что при его назначении – экскорт дальних бомбардировщиков) довольно странно, при том, что более ранние машины имели эллиптические. Вот и “вызывает антерес” – если с этой формой индуктивного сопротивления в то время просто не боролись – зачем усложняли конструкцию, создавая крыло более сложной формы – угловатое все же реально проще в производстве? Или у закругленной законцовки крыла есть и другие преимущества?

    • DeFormator говорит:

      Технологичность – это раз. Для истребителей важна угловая скорость крена – это два. Как наглядный пример можно вспомнить низковысотные варианты “Спитфайра”, на которых заменяли законцовки крыла.

      Вообще, удлинение крыла оказывает намного большее влияние на АК, по сравнению с формой в плане и т.п.

    • Юрий говорит:

      Полностью, так сказать, согласен с предыдущим оратором… Эллипсовидные законцовки (крыло) – путь к повышению аэродинамического качества и снижению сопротивления (в т.ч. индуктивного), но технологически такое крыло более сложно. А почему где-то его обрубали, а где-то нет – тут уж видимо действует принцип выбора из двух (или нескольких зол) :-) … Насчет острого клина меня тоже “мучают сомнения”, но склоняюсь к тому, что схожесть с винглетом будет. Такие вопросы решают обычно в аэродинамической трубе…

  6. Андрей говорит:

    Летел на самолёте боинг 747-300- Трансаэро. На конце крыла был установлен какойто не большой штырь направленный назад. Кто знает, что это может быть?

    • Юрий говорит:

      Честно говоря сложно однозначно сказать из-за недостатка информации, но возможно это был стекатель статического электричества….

  7. Влад говорит:

    “Winglet в переводе с английского как раз и означает «крылышко». С их помощью уменьшается вредное перетекание на крыле, увеличивается его эффективное удлинение, при этом практически не увеличивая размах.”
    Так вот интересует именно на сколько увеличивается размах к примеру у А320 (ведь они есть как с винглетами так и без них) также и Боинги!!!!Возможно есть какая то информация или таблица?!?!?очень хотелось бы узнать этот вопрос!!!!
    А статья и правда ОТЛИЧНАЯ!!!!

  8. Jabber W. говорит:

    возможно, несколько оффтопик. – разве что, тоже об аэродинамике. Если можно, вопрос о геометрии возд. винта – вы их поминаете. У всех винтовых самолетов, что я вижу, лопасти почти параллельны направлению движения (т.е. встречному потоку), а не ближе к 45 грд., как это казалось бы на 1й взгляд наиболее эффективным. Более того, на самолетах 2й мировой, судя по фотографиям, так оно и было. Чем это можно объяснить? Это тоже связано с помянутым “специальные законцовки могут применяться не только на крыле самолета.. Это лопасти воздушных винтов, ..”?
    Заранее спасибо

    • HZ66 говорит:

      Все современные воздушные винты имеют изменяемый шаг (угол атаки).

      • Jabber W. говорит:

        Разумеется, но вопрос был об ином – чем объясняется эффективность такого большого угла

    • DeFormator говорит:

      А можно фото для наглядности ?

      • Jabber W. говорит:

        Можно, конечно – открутите на пару экранов наверх, но это уже превращается в спор, я больше пытался задать вопрос автору статьи (поск впечатлили и серьезное знание вопроса, и внятность обьяснения)

    • Юрий говорит:

      Прошу прощения за задержку, только из Москвы вернулся. По поводу вопроса…. Думаю, что он несколько “из другой оперы”. Те винты, которые Вы видите, не вращаются, они в стояночном положении и зафлюгированы, тот есть угол атаки (грубо говоря) у них нулевой. Особенно это касается движков, где винт приводится от свободной турбины (тот же C-130J или ATR-72, например. У Ан-24 винты стоят как раз под углом, у него движок одновальный). В таком положении винт на создание тяги не работает конечно. В рабочем режиме лопасти свой шаг меняют на приемлемый (тот, который Вы имели в виду, говоря про 45 грд.), но Вы это не видите из-за вращения. Истребители времен войны тоже имели незафлюгированный на стоянке винт… Вот как-то так по-моему.

      • Jabber W. говорит:

        Спасибо! Это действительно все обьясняет. А нулевой угол в стояночном положении – уменьшить сопротивление ветру? К слову, если можно – Вы отметили “Особенно это касается движков, где винт приводится от свободной турбины” – как это связано? Или просто на не-турбинных винтах это слишком сложно реализовать?

        • Юрий говорит:

          Насколько мне известно дело именно в сопротивлении ветру. Или точнее в возможности раскрутки от него и возникновении лишних нагрузок на конструкцию. Если винт на свободной турбине, то он легче раскручивается. Вал короче и с остальной конструкцией и агрегатами не связан.

  9. Владимир говорит:

    очень интересная статья

  10. Сергей говорит:

    Cпасибо за статью. Все просто и понятно. Хотелось бы прочитать такую же о предкрылках.

    • Юрий говорит:

      Не за что… Действительно видимо пришла пора уже написать о механизации крыла (в т.ч. предкрылках подробнее). Обязательно это сделаю….

  11. Jabber W. говорит:

    Автору – читательское `браво`. Просто и исчерпывающе о изрядно сложном, без перетекания в науч. поп. Забрел случайно, теперь буду внимательно отслеживать.

  12. Vlad говорит:

    Увеличивают размах незначительно,это на сколько???

  13. Yuriy KARPENKO говорит:

    Спасибо! Это полная, написанная хорошим языком и самая технически грамотная, аргументированная статья, про винглеты крыла и лопостей, способы ухода от сопротивлений.

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>