✈ Почему у Боинга на крыльях находятся винглеты, а у Аэробуса – шарклеты
Крылья современных самолётов всегда загнуты вверх. Но если присмотреться внимательнее, можно разглядеть удивительные изгибы и дополнительные элементы на концах несущей конструкции. Их называют Winglets на самолетах Boeing и Sharklets на самолетах Airbus, и оба они играют важную роль в снижении сопротивления воздуха. Какую функцию выполняют винглеты и шарклеты, и в чем заключается разница между ними? Попробуем разобраться.Зачем нужны Winglets и Sharklets
Под понятиями «винглеты» и «шарклеты» скрываются законцовки крыла. Они позволяют снизить сопротивление воздуха и потребление топлива.Как и когда появились винглеты
В 1973 году нефтяной кризис серьёзно ударил по сфере гражданской авиации. Топливо для самолётов стало стоить невероятно дорого по меркам того времени и превратилось в премиальный товар. Авиакомпании заметили, что считают каждую каплю потраченного чёрного золота. А так как на руководящих постах находятся отнюдь не глупые люди, они точно предсказали, что цена на авиационный керосин будет только расти. А это значит, что необходимо каким-либо образом создать более экономичные самолёты.Идея создания «загибающихся» крыльев была подсмотрена в дикой природе. Авиаконструкторы заметили, что у хищных птиц перья на кончиках крыльев изгибаются вверх и назад. Это и было реализовано в строении несущей конструкции. Идея оказалась удачной и привела к увеличению подъемной силы, снижению сопротивления и, как следствие, экономии топлива.
Впервые винглеты появились в 1988 году на самолёте Boeing 747-400. Однако технология получила распространение спустя некоторое время, когда авиастроительная компания «Гольфстрим Аэроспейс» внедрила конструкцию на выпускаемых воздушных судах.
Позднее Боинг начал устанавливать такие крылья на всех самолётах семейства 737, 757, 767.Как и когда появились шарклеты
В 2002 году Европейский Союз запустил программу под названием «Крыло самолета с использованием передовых технологий» (AWIATOR). В ней рассматривались способы снижения лобового сопротивления и расхода авиатоплива. Европейцы хотели сделать воздушные суда более экономичными, менее шумными и экологичными. Авиастроительной компании Airbus пришлось экспериментировать с конструкцией. В первую очередь Аэробус обратил внимание на винглеты и начал работу над их созданием ещё в 2000 году.Однако даже в 2006 году авиастроительный концерн не был уверен в необходимости загнутых крыльев.
«Последние данные о тестировании нового крылышка A320 показывают, что обнаружены улучшения с точки зрения круизного сопротивления. Но увеличение веса, которое необходимо для поддержки несущей конструкции, в значительной степени компенсирует выигрыш», — заявили в Airbus в далёком 2006 году.
Airbus проиграл судебный процесс и выплатил Aviation Partners определённую сумму, размер которой не.называется.
В чём разница между винглетами и шарклетами
На самом деле нет никакой принципиальной разницей между винглетами и шарклетами, кроме внешнего вида. Они настолько близки по дизайну (это было доказано проигранным делом Airbus по нарушению патента), что невозможно точно определить какая конструкция приносит больше пользы.Тем не менее, «крылышки» и «акулий плавник» изменили неэффективный дизайн крыла более ранних самолетов. Хорошо спроектированные несущие конструкции устраняют разницу давлений и делают воздушные суда более экономичными.
Фото: unsplash.com, flickr.com
Крылышки: Почему у некоторых самолетов есть заломы на законцовках крыльев?
В последние десятилетия вся авиационная отрасль сосредоточилась на повышении эффективности эксплуатации воздушных судов, в том числе на значительных достижениях в снижении эксплуатационных расходов эксплуатантов.
В этом смысле, замечая самолет или во время поездки в иллюминатор, вы могли столкнуться с своеобразной складкой на кончике каждого крыла, но ведь для чего этот пункт присутствует в некоторых самолетах?
Вопреки тому, что многие считают частью, делающей самолет более привлекательным с эстетической точки зрения, использование крылышки стала важным союзником авиакомпаний в вопросах операционной экономики.
Основная функция крылышка, ошибочно воспринимаемого как эстетическое украшение, — сделать эксплуатацию самолета более эффективной Фото: Alaska AirlinesЗная, что для удержания самолета в воздухе необходима разница давлений в нижней (intrados) и верхней (extrados) частях крыльев, эти законцовки, называемые винглетами, служат для уравновешивания разности давлений внутри крыльев, превышающей экстрадос, в результате чего крылышки компенсируют разницу давлений, когда воздух внизу пытается пройти к верхней части крыла, создавая своего рода вихрь на концах крыльев.
На изображении показана разница давлений в нижней и верхней частях крыльев.При большем сопротивлении в воздухе во время взлета, также известном как индуктивное сопротивление, это явление означает, что самолет должен отдавать большую мощность двигателям для поддержания или лететь более наклонно для поддержания желаемой скорости, именно в это время Аэродинамическая форма крылышка уменьшает перепады давления и, следовательно, меньшее сопротивление воздуха.
В зависимости от модели самолета и установленных винглетов возможна значительная экономия до 5% по сравнению с другими самолетами без установленного элемента, что также приводит к экономии расхода топлива в галлонах в зависимости от размера парка.
В результате некоторые компании пользуются установкой этих реквизитов для продвижения бренда компании или даже для того, чтобы подчеркнуть особую персонализацию живописи, как в случае с Azul Linhas Aéreas, которая печатает на винглетах (акулах) харизматичные изображения Диснея. персонажей в своем флоте магии.
В случае с самолетами Airbus одна и та же деталь называется Sharklets из-за разных патентов и производителей аэродинамических деталей.
Sharklet установлен на Azul Airbus A320Neo Фото: Габриэль Беневидес/AeroflapОткройте для себя уже выпущенные модели Winglets:
- Мини Винглеты
Это, пожалуй, самая редкая модель винглета, которую можно увидеть в мировой авиации, она является частью комплекта модификации закрылка Quiet Wing Corp, получившего сертификацию FAA в 2005 году.
Преимущества включают:
- Увеличение полезной нагрузки до 2200 кг в больших самолетах, которые до этого были без винглетов;
- Экономия топлива до 3%;
- Улучшенные взлетно-посадочные характеристики;
- Уменьшена длина взлетно-посадочной площадки;
- Улучшенные возможности взлета/посадки на большой высоте;
- Лучшая производительность в жаркую погоду;
- Скорость сваливания снижена на 4–5 уз.
Винглет GOL 737-800
первое крылышко «общепринятый» был установлен на Boeing 737-300, который впервые поднялся в воздух в ноябре 2002 г. и получил дополнительный сертификат типа (STC) FAA 30 мая 2003 г. Классические 737-е, оснащенные винглетами, сертифицированы как специальные.
Винглеты могут предложить следующие преимущества:
- Улучшенная скороподъемность, это позволит увеличить RTOW (взлетный вес) в аэропортах с ограниченным набором высоты (горячий, громкий или с шумоподавлением) или на взлетно-посадочных полосах с ограниченным числом препятствий.
- Уменьшенная тяга при наборе высоты. Самолет, оснащенный винглетом, обычно может испытывать снижение тяги на 3% по сравнению с аналогичным самолетом без винглета. Это может продлить срок службы двигателя и снизить затраты на техническое обслуживание.
- Экологически чистый. Снижение, если оно будет принято, уменьшит шумовой след на 6,5% и выбросы NOx на 5%. Это может привести к экономии квот на шум или штрафов в аэропортах.
- Уменьшена крейсерская тяга. Крейсерский расход топлива снижается на 6 %, что снижает затраты на топливо и увеличивает дальность полета.
- Улучшенные крейсерские характеристики. Винглеты могут позволить самолетам быстрее достигать более высоких эшелонов полета. Air Berlin отмечает: «Ранее мы поднялись с 35.000 41.000 до 41.000 XNUMX футов. Со смешанными винглетами мы теперь можем подниматься прямо на высоту до XNUMX XNUMX футов, где пробок на дорогах гораздо меньше, и мы можем воспользоваться преимуществами прямых и сокращенных маршрутов, которые в противном случае мы бы не рассмотрели».
- Хорошо выглядит. Винглеты придают самолету современный вид и улучшают восприятие авиакомпании клиентами.
Около 85% всех новых самолетов 737-й серии NG построены с винглетами, особенно серии 800 и 900.
Новая концепция винглета получила более широкое имя и больше преимуществ, этот новый тип винглета обеспечивает до 1% экономии расходов на авиационный керосин. Это позволяет самолету иметь больший объем груза, а также увеличивает дальность полета.
Слово «Сплит» относится к двум частям или двум частям, а слово «Ятаган» имеет значение «скимитар» это арабский меч, напоминающий эту модель крылышка. Он также послужил основой для исследований и экспериментов с винглетом, используемым в настоящее время на новом поколении Boeing 737 MAX.
Первым был оснащен Boeing 737-800 United Airlines, разработанный Joe Clark’s Aviation Partners. Boeing совершил свой первый испытательный полет 16 июля 2013 года.
«Split Scimitar 737 Winglet следующего поколения станет естественным буфером против роста цен на топливо при одновременном снижении выбросов углерода». — говорит Рон Баур, в то время вице-президент United Airlines по автопарку.
В Бразилии только GOL эксплуатирует самолеты семейства 737, некоторые уже имеют Split Scimitar и предпочтительно выполняли рейсы в США в отсутствие 737 MAX.
Сравнение крыла 737 MAX (спереди) с 737 NG
Boeing разработал и построил в сотрудничестве с GKN и Korean Air Aerospace Division и устанавливает собственные винглеты для семейства 737 MAX. НАШИ «продвинутые технологии» сочетает в себе современные передние винглеты с концепцией винглетов с двойной косой в усовершенствованной обработке крыльев 737 MAX. Использование того, что называется «Технология естественного ламинарного потока».
AT Винглеты имеют размеры примерно 8 футов (2,43 м) от корня до вершины крылышка и в общей сложности 9 футов (около 2,74 м) 7 дюймов (17,78 см) от основания нижнего конца до верха верхнего конца. . . . Верхняя часть составляет 8 футов 3 дюйма, а нижняя — 4 фута 5,8 дюйма. Дорожный просвет нижнего наконечника составляет 10 футов (3,04 м) 2 дюйма.
Сравнение распределения подъемной силы вдоль крыла без винглета с двумя разными типами. Изображение: B737.orgНовые винглеты AT, которыми оснащен Boeing 737 MAX
Представительские самолеты также выигрывают, как Gulfstream и Bombardier Global, и даже более крупные самолеты, такие как Boeing 757 и Boeing 767, получили винглеты, McDonnell Douglas MD-11, а теперь и Boeing 777X поставляется с новой концепцией, о которой мы поговорим в другой статье.
С информацией: Технический сайт Boeing 737
Хотите получать наши новости из первых рук? Нажмите здесь, и вступайте в нашу группу в Whatsapp или Telegram.
AERO — Смешанные винглеты улучшают характеристики
Смешанные винглеты — это устройства законцовки крыла, которые улучшают летно-технические характеристики самолета за счет уменьшения лобового сопротивления. Boeing и авиационные партнеры Boeing (APB) начали устанавливать их на самолеты Boeing Business Jet (BBJ) и Next-Generation 737-800 в 2001 году. Данные летных испытаний показывают, что смешанные винглеты снижают выбросы блокирующего топлива и углекислого газа (CO 2 ). до 4 процентов на 737 и до 5 процентов на 757 и 767. Смешанные законцовки также улучшают взлетные характеристики самолетов 737, 757 и 767, позволяя более глубоко снижать взлетную тягу, что приводит к снижению выбросов и снижению шума.
Уильям Фрейтаг , менеджер программы Winglet, службы коммерческой авиации;
и E. Terry Schulze , менеджер по аэродинамике
Смешанные винглеты — проверенный способ уменьшить лобовое сопротивление, сэкономить топливо, сократить выбросы CO 2 и NOx, а также снизить уровень шума.
Boeing предлагает смешанные винглеты в качестве стандартного оборудования для BBJ и в качестве дополнительного оборудования для самолетов 737-700, -800 и -900 Extended Range (ER). Смешанные винглеты также доступны в качестве модифицированной установки от Aviation Partners Boeing для самолетов 737-300/-500/-700/-800/-9.00, 757-200/-300 и 767-300ER (пассажирские и грузовые варианты) коммерческих самолетов. Более 2850 самолетов Boeing были оснащены законцовками со смешанными законцовками.
Винглеты из композитного углеродного волокна позволяют самолету экономить топливо и тем самым снижать выбросы. Улучшение расхода топлива за счет совмещенных законцовок в расчетном диапазоне самолета составляет от 4 до 5 процентов. Для самолета Боинг 767 экономия полмиллиона галлонов США реактивного топлива в год на самолет означает ежегодное сокращение более чем на 4,790 тонн CO 2 на каждый самолет. Добавление винглетов также может быть использовано для увеличения грузоподъемности/дальности полета самолета вместо снижения расхода топлива. Самолеты со смешанными законцовками также демонстрируют значительное снижение сопротивления при взлете и посадке.
В этой статье рассказывается о разработке комбинированных винглетов, описывается принцип их работы и описываются типы улучшения характеристик, которые операторы могут ожидать от них.
РАЗРАБОТКА СМЕШАННЫХ ВИНГЛЕТОВ
Смешанные законцовки были первоначально исследованы компанией Boeing в середине 1980-х годов и получили дальнейшее развитие в начале 1990-х годов компанией Aviation Partners, Inc., Сиэтл, штат Вашингтон, корпорацией аэрокосмических специалистов, состоящей в основном из авиационных инженеров. и начальники летно-испытательных отделов.
Смешанный крылышко обеспечивает переходную область между внешним крылом, которое обычно имеет плоскую законцовку, и крылышком. Без этой переходной области внешнему крылу потребовалась бы аэродинамическая модификация, чтобы учесть взаимодействие между поверхностями крыла и законцовки.
Первые комбинированные винглеты были установлены на самолеты Gulfstream II. Полученные в результате улучшения дальности полета и топливной эффективности заинтересовали Boeing, и в 1999 году Boeing создал совместное предприятие APB с Aviation Partners, Inc. для разработки смешанных законцовок для самолетов Boeing. В 2000 г. Boeing принял технологию комбинированных законцовок в качестве стандартного оборудования для самолетов BBJ, а APB сертифицировала законцовки для самолетов 737-700 и 737-800 в 2001 г. С тех пор APB сертифицировала комбинированные законцовки для установки на другие модели самолетов Boeing (см. рисунок 1). Смешанные винглеты также устанавливаются в серийном производстве на модели Next-Generation 737-700/-800/-9.модели 00ER.
Рис. 1: История сертификации модифицированных законцовок со смешанными законцовками
Смешанные законцовки доступны для модернизации через APB на моделях 737, 757 и 767.
КАК СМЕШАННЫЕ ВИНГЛЕТЫ СНИЖАЮТ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Целью всех устройств законцовки крыла является уменьшение индуктивного сопротивления. Индуктивное сопротивление — это часть сопротивления самолета из-за глобальных эффектов создания подъемной силы. Как правило, крылья создают движение воздуха, называемое циркуляцией, в результате создания подъемной силы. Это движение характеризуется нисходящим потоком между законцовками крыла и восходящим потоком за пределами законцовок крыла (см. рис. 2). В результате крыло летит в нисходящем потоке собственного производства. Таким образом, вектор подъемной силы слегка отклоняется назад (см. рис. 3). Именно эта обратная составляющая подъемной силы ощущается как индуктивное сопротивление.
Величина индуктивного сопротивления определяется распределением подъемной силы по размаху и результирующим распределением вихрей (см. рис. 4). Образующиеся ядра вихрей часто называют «вихрями законцовок крыльев», но, как показано, ядро питает весь размах крыла. Любое значительное уменьшение индуктивного сопротивления требует изменения этого глобального поля потока для уменьшения общей кинетической энергии.
Этого можно добиться увеличением горизонтального пролета подъемной системы или введением неплоского элемента, имеющего аналогичный эффект. (Более подробную информацию об аэродинамических принципах смешанных винглетов можно найти в разделе 9.0042 AERO 17, январь 2002 г.)Смешанные винглеты представляют собой стреловидные удлинения крыльев самолета. Отличаются большим радиусом и плавным изменением хорды в переходном сечении. Эта функция приносит в жертву часть потенциального снижения индуктивного сопротивления в обмен на меньшее вязкостное сопротивление и меньшую потребность в локальной адаптации секций.
Хотя винглеты, установленные путем модернизации, могут потребовать значительных изменений конструкции крыла, они являются жизнеспособным решением, когда ограничения ворот делают непрактичным увеличение размаха крыла с помощью такого устройства, как наклонная законцовка крыла.
УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СО СМЕШАННЫМИ ВИНГЛЕТАМИ
Уменьшение лобового сопротивления, обеспечиваемое смешанными законцовками, повышает эффективность использования топлива и тем самым снижает выбросы (см. рис. 5). В зависимости от самолета, его груза, маршрутов авиакомпании и других факторов смешанные винглеты могут:
- Снизить эксплуатационные расходы за счет сокращения расхода топлива на 4–5 % при полетах вблизи проектной дальности полета самолета.
- Увеличьте грузоподъемность/дальность полета самолета вместо снижения расхода топлива.
- Снижение затрат на обслуживание двигателя.
- Улучшение взлетных характеристик и высоты над препятствиями, что позволяет авиакомпаниям снизить тягу двигателя.
- Увеличение оптимальной крейсерской высоты.
Рис. 5: Расчетная экономия топлива на самолетах, оснащенных совмещенными законцовками
Оценка будет варьироваться в зависимости от параметров миссии.
СОКРАЩЕНИЕ ВЫБРОСОВ И ОБЩЕСТВЕННОГО ШУМА
Владельцы смешанных законцовок могут получить дополнительные экологические преимущества за счет снижения выбросов двигателей и окружающего шума. СО 2 выбросы сокращаются прямо пропорционально расходу топлива, поэтому сокращение расхода топлива на 5 процентов приведет к сокращению выбросов CO 2 на 5 процентов . Выбросы оксидов азота (NOx) снижаются в процентном отношении в зависимости от конфигурации самолета, двигателя и камеры сгорания.
В аэропортах, где сборы за посадку взимаются в зависимости от профиля шума самолета, смешанные винглеты могут экономить деньги авиакомпаний каждый раз, когда они приземляются. Зона воздействия шума при взлете может быть уменьшена до 6,5%. Поскольку во многих европейских аэропортах ожидаются требования к самолетам, чтобы они соответствовали ограничениям по шуму Stage 4/Chapter 4, добавление смешанных законцовок может привести к снижению сборов за посадку, если снижение шума законцовок понизит самолет в категорию с более низким уровнем шума при зарядке. Снижение шума, обеспечиваемое смешанными законцовками, также может помочь предотвратить штрафы аэропорта за нарушение контролируемых пределов шума.
ПРЕИМУЩЕСТВА ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАНТАМИ СМЕШАННЫХ ВИНГЛЕТОВ
Авиакомпании собирают эксплуатационные данные о смешанных законцовках с тех пор, как в 2001 г. они впервые начали использовать самолеты, оснащенные этой модификацией. Эти преимущества включают: показывая экономию топлива 3 процента.
Другие авиакомпании прогнозируют результаты, основанные на исторических данных о полетах моделей самолетов, недавно оснащенных совмещенными законцовками: год, сокращая выбросы CO 2 более чем на 3000 тонн в год.
РЕЗЮМЕ
Смешанные винглеты — это проверенный способ уменьшить лобовое сопротивление, сэкономить топливо, сократить выбросы CO 2 и NOx, а также снизить уровень шума. Они также могут увеличить дальность полета самолета и обеспечить дополнительную полезную нагрузку в зависимости от потребностей эксплуатанта.
В зависимости от модели самолета смешанные винглеты доступны либо в качестве стандартного, либо в качестве дополнительного оборудования через Boeing или для модернизации через Aviation Partners Boeing.
Для получения дополнительной информации о смешанных законцовках и сертификации шума Stage 4/Chapter 4, пожалуйста, свяжитесь с Bill Freitag или Terry Schulze.
Почему у Boeing 737 MAX раздельные винглеты?
737 MAX оснащен фирменными раздельными винглетами Boeing, также называемыми разделенными законцовками с ятаганами. Названные 737 MAX AT Winglet, они представляют собой уникальную конструкцию, включающую в себя черты смешанных, разделенных ятаганов и наклонных винглетов. Boeing с гордостью заявляет, что его конструкция «вносит наибольший вклад в повышение эффективности использования топлива среди всех законцовок».
Как работают раздельные винглеты
Винглеты добавляются к концам крыльев самолета, чтобы уменьшить лобовое сопротивление и, в конечном счете, обеспечить более эффективный полет. Они работают, уменьшая процесс, известный как вихревое сопротивление, вызванное разным давлением воздуха, сходящимся на концах каждого крыла и замедляющим движение самолета. Хотя инженеры знали об их полезности на протяжении десятилетий, винглеты не были обычным явлением в авиации до начала века.
Фото: Boeing
Компания Boeing утверждает, что их винглеты MAX с раздельными законцовками имеют более эффективную конструкцию, чем любые другие винглеты на рынке. Утверждается, что винглеты обеспечивают снижение расхода топлива на 2,2%, потенциально экономя перевозчикам сотни миллионов долларов в год. MAX AT Winglet включает в себя верхнюю законцовку крыла с подфюзеляжной полосой (нижняя часть), что придает 737 MAX уникальный вид с разделенной законцовкой. Как объясняет Боинг,
«В дополнение к компонентам подъемной силы, направленным внутрь, вверх и слегка вперед верхней аэродинамической поверхности, новая нижняя аэродинамическая поверхность создает вертикальную составляющую подъемной силы, направленную в сторону от фюзеляжа, а также немного вперед. Работая вместе, они обеспечивают идеально сбалансированную винглет, который максимизирует общую эффективность крыла».
Будьте в курсе: Подпишитесь на наши ежедневные и еженедельные дайджесты авиационных новостей.
Официальное название винглетов MAX от Boeing — 737 MAX Advanced Technology (AT) Winglets. 737 MAX AT Winglet был разработан как усовершенствование крылышка 737NG (нового поколения) с раздельным ятаганом. Первоначально 737NG был оснащен смешанными законцовками, которые не имели подфюзеляжной перемычки, а затем более новые модели были оснащены раздельными ятаганами.
Фото: Boeing
Перевозчики осознали, что раздельная конструкция обеспечивает значительное повышение эффективности, и сегодня многие авиакомпании модернизируют свои парки самолетов 737 с помощью раздельных законцовок с ятаганами. Наряду с уникальной конструкцией крыла MAX используются передовые материалы и покрытия для оптимизации воздушного потока. Согласно Боингу, винглеты производятся с номером
.«…детальный дизайн, материалы поверхности и покрытия, обеспечивающие ламинарный — или более плавный — поток воздуха над винглетом. Это еще больше снижает лобовое сопротивление и повышает эффективность использования топлива.»
Винглеты MAX немного отличаются от винглетов с разделенными ятаганами
Компания Boeing установила партнерские отношения с Aviation Partners, авиационно-конструкторской компанией из Сиэтла, чтобы сформировать компанию Aviation Partners Boeing в 1997 году. Боинг 737 MAX AT Winglet является частью совместного предприятия с Aviation Partners.
Фото: Boeing
Хотя винглеты 737 MAX AT выглядят почти так же, как винглеты с раздельными ятаганами на других самолетах Boeing, они не совсем такие же. Некоторые утверждают, что разница заключается только в брендинге, хотя Boeing утверждает, что конструкция представляет собой модернизацию разделенной ятаганки и обеспечивает еще большую эффективность.