винглеты на самолете что это такое
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.
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.
Зачем нужны странные «плавнички» на концах крыльев самолётов?
Тут меня давеча спросили: а что это за такие вертикальные «плавнички» на крыльях у самолётов и зачем они нужны?
Отличный вопрос с интересным ответом. Поехали.
Почему вообще летают самолёты? Делают они благодаря явлению, известному как закон Бернулли. Суть его состоит в том, что движущиеся жидкость или газ оказывают на помещённые в эти жидкость или газ тело тем меньшее давление, чем с большей скоростью они движутся.
Ещё один, более ЗОЖный пример: окна, которые закрываются (или открываются) когда ветер дует параллельно стене дома (и плоскости окна).
Короче, мы с вами запомнили: чем быстрее движется газ, тем слабее он давит на плоскость, параллельную направлению его движения.
Теперь посмотрим на поперечное сечение крыла самолёта. Можно увидеть, что оно состоит как бы из двух половинок: верхняя — более выпуклая, нижняя — более плоская.
При движении крыла (вместе с самолётом, разумеется), в воздушном потоке воздуху, который обтекает крыло сверху, нужно пройти больший путь, чем воздуху, который обтекает его снизу. А так как в конечном итоге должна обеспечиваться непрерывность потока, то поток, обтекающий крыло сверху, должен двигаться быстрее того, что идёт снизу. Согласно закону Бернулли, это значит, что воздух под крылом давит на само крыло сильнее, чем воздух над крылом. Возникает разница давлений, которая как бы толкает крыло вверх — точнее, не как бы, а именно что толкает. Так как в законе Бернулли давление зависит не от скорости, а от квадрата скорости, то чем с большей скоростью летит самолёт — тем больше разница давлений. Так как подъёмная сила равна разнице давлений, умноженной на площадь, то чем больше площадь крыла — тем также больше подъёмная сила.
Именно поэтому у первых, медленно летающих самолётов, крылья были большие: разница давлений (из-за маленькой скорости) там была довольно скромная, и чтобы получить нужную подъёмную силу, требовалась серьёзная площадь. Иногда даже делали самолёты с двумя парами крыльев — бипланы, или даже (экзотика) с тремя.
С ростом скоростей самолётов в этом необходимость отпала. Как ни крути, а большие крылья (или большее количество крыльев) — это и лишний вес, и, что немаловажно, сопротивление воздуха — то самое «динамическое» давление, «ветер в лицо», который давит на переднюю кромку крыла. Поэтому у скоростных самолётов (например, военных истребителей) крылья маленькие: из-за их большой скорости разница давлений там солидная, и нужную подъёмную силу создаёт и небольшое крыло, которое при этом испытывает меньшее сопротивление воздуха.
Хотя наврал: трипланы существуют и сегодня. Технически трипланом является, например, российский СУ-30МК: у него тоже три пары крыльев, только расположенные не одна над другой, а одна перед другой — т.н. горизонтальный триплан. Зачем так делают — расскажу как-нибудь в другой раз.
Прошу прощения у тех, кто и так знает, за счёт чего летают самолёты: как показала практика, это далеко не такой общеизвестный факт, как многим кажется. А нам в рамках нашего объяснения надо показать, почему давление воздуха под крылом и над крылом — различны. Потому что именно это, являясь причиной того, что самолёт летает в принципе, создаёт проблемы, которые призваны решать «плавнички», которые инженеры называют законцовками крыла.
Дело вот в чем. Когда мы смотрим на ситуацию в середине крыла, всё хорошо: сверху давление меньше, снизу больше, разница давлений толкает крыло вверх. Но на конце крыла у нас возникает ситуация: здесь верхний и нижний потоки с разными давлениями встречаются. Естественно, что давления стремятся уравняться: воздух снизу крыла устремляется наверх. Огибая крыло, он закручивается в вихрь. А так как всё это дело у нас ещё движется в перпендикулярном направлении (в том, в котором движется самолёт), то за самолётом возле конца каждого крыла возникают эдакие «воздуховороты», которые называют вихревыми шнурами.
Как эти шнуры и их образование влияют на самолёт и его движение? Плохо влияют. Дабы не вдаваться в тонкости аэродинамики, поясним это так. На образование вихря требуется некая энергия. Откуда ей взяться? Просто неоткуда, кроме как из энергии, которую производят двигатели самолёта. То есть, часть этой энергии тратится не на что-то полезное, а на создание совершенно «ненужных» с точки зрения полёта вихревых шнуров. Результат: часть произведённой двигателем энергии уходит в прямом смысле слова в атмосферу. Это, в свою очередь, приводит, к примеру, к повышению затрат топлива.
Так вот, перпендикулярные «плавнички» на концах крыльев призваны как раз препятствовать свободному течению воздуха из нижней части крыла в верхнюю и закручиванию этого потока в вихри, что, в свою очередь, ведёт к более рациональному использованию производимой двигателем энергии и уменьшению расхода топлива.
Другое дело, что эти «плавнички», или «крылышки» (их, кстати, так и называют — винглеты) увеличивают лобовое сопротивление крыла и его вес. Кроме того, винглеты увеличивают нагрузку на крыло (они испытывают давление пытающегося закрутиться воздушного потока), что требует от конструкторов делать его более прочным, что в авиации обычно значит — более тяжёлым.
Всё это, в свою очередь, опять же ведёт к увеличению расхода топлива. Поэтому винглеты ставит не на все самолёты, а преимущественно на магистральные авиалайнеры, которые значительную часть своего полёта проводят в крейсерском режиме — с постоянной значительной скоростью.
Есть, к слову, и другие конструкции законцовок крыла, призванные минимизировать концевые эффекты. Например, применяются так называемые гребневые законцовки: как бы треугольнички, ориентированные в основной плоскости крыла, призванные уменьшить площадь концевых участков крыла относительно самого крыла и, соответственно, минимизировать концевые эффекты.
Их ставят, к примеру, на новейшие самолёты Boeing: они не заметны так, как классические винглеты, это просто заострённое окончание крыла, не будешь знать, на что смотреть, так и не увидишь. Подобное же решение использовано и на российском МС-21.
Авиаинженеры продолжают экспериментировать с конструкцией законцовок крыла, которые должны обеспечить должный положительный эффект при минимальных «побочках». Посмотрим, что ещё новенького они придумают.
Винглеты на самолете что это такое
Что такое винглеты? Статья-справка.
Винглеты – это законцовки крыла самолета, выполненные в виде дополнительных элементов на концах крыла. Выглядят они как маленькие крылышки (на английском «winglet» и есть крылышко) или плоские шайбы. Основная функция винглета – погашение концевого вихря, приводящее к снижению расхода топлива до 7%. Кроме того, законцовки способствуют снижению индуктивного сопротивления и увеличивают длину крыла, практически не влияя на его размах.
Рассмотрим принцип действия винглета. Не секрет, что подъемная сила крыла появляется из-за различного давления над крылом и под ним. Конечно, при подобном положении вещей, газ будет перемещаться из области с повышенным давлением в область пониженного. Из-за этой разницы в давлениях и перемещениях газа на крыле появляется вихрь (назван он концевым), который может сослужить недобрую службу, став излишним растратчиком энергии. К тому же, концевой вихрь снижает аэродинамическое качество крыла, а это не приветствуется. Законцовки помогают переместить, обернуть газ вокруг крыла, выводя его на верхнюю поверхность, где давление повышено. Кроме того, установка винглетов помогает достичь самого подходящего распределения подъемной силы и снижает индуктивное сопротивление.
Впервые на пассажирском самолете винглеты были установлены еще в 1985. Получил законцовки Boeing 747-400, причем после введения этого усовершенствования расход топлива сразу же сократился на 5%. С тех пор конструкция винглета несколько раз дополнялась и изменялась. В 1990 году Луи Гратцером были изобретены blended winglet (сопряженное крылышко), ставшие сенсацией и позволившие сократить расход топлива на 7%.
В наше время наиболее используемым видом винглетов является именно blended winglet. Кроме этого типа, существуют raked wingstips (гребневые законцовки). Такие винглеты горизонтальны и имеют больший угол стреловидности, чем само крыло. На некоторых Airbus установлены специального вида законцовки sharklets (акульи плавники). Законцовки типа акульи плавники рассчитаны на сокращение расхода топлива во время длительных перелетов (экономия порядка 3,5-4%). Причиной же поиска новой конструкции законцовок компанией Airbus стал отказ АРВ в продаже им лицензии на blended winglet.