Маленький загиб у кончика крыла, который экономит миллиарды
Добрый день!
Сегодня поговорим про винглеты, те самые загадочные загнутые законцовки крыльев, которые все видели, но мало кто задумывался зачем они там вообще.
Чтобы понять, нужно разобраться с тем, как крыло создаёт подъёмную силу.
Оно работает за счёт разницы давления: снизу давление выше, сверху ниже, и крыло как бы засасывается вверх. Но у законцовки крыла эта разница давлений создаёт неприятный побочный эффект: воздух пытается перетечь снизу вверх, прямо у кончика крыла, там самый короткий путь между зонами высокого и низкого давления.
Этот перетёкший воздух закручивается в мощный вихрь и тянется за самолётом на несколько километров позади. Поэтому на заходе на посадку самолёты выдерживают временные интервалы друг за другом — вихревой след от тяжёлого широкофюзеляжного борта вполне способен опрокинуть лёгкий самолётик, который зайдёт слишком быстро следом.
Вихрь красивый, но дорогой. Энергия, которую двигатели потратили на создание подъёмной силы, частично уходит в этот закрученный воздух и больше никуда не возвращается. В аэродинамике это называется индуктивным сопротивлением.
Физически самый простой способ снизить эти потери — увеличить размах крыла.
Чем крыло длиннее, тем меньше относительное влияние концевого вихря на всю его площадь. Поэтому планеры с огромным размахом и крошечным фюзеляжем могут парить часами почти без потерь. Но у авиалайнера размах крыла ограничен, самолёт должен помещаться на стоянке, в ворота ангара, на рулёжные дорожки.
Boeing 777X решил эту проблему складывающимися законцовками крыла, в полёте раскрыты, на земле сложены. Инженерное решение красивое, но очень дорогое и тяжёло реализуемое.
Винглет — это более крутой компромисс. Он перекрывает путь для перетекания воздуха у законцовки, вихрь становится слабее, потери падают. При этом винглет добавляет длину крыла не горизонтально, а вертикально — самолёт в ту же стоянку помещается, а аэродинамика лучше.
На практике выигрыш составляет 3–5% экономии топлива на рейс. Звучит скромновато, но если умножить на тысячи рейсов в год и на цену керосина — это очень серьёзные деньги для любой авиакомпании.
Поэтому у разных самолётов разные формы законцовок, каждый производитель ищет свой оптимум.
А ещё бывают вот такие — Spiroid winglet.
Законцовка в форме замкнутой петли: крыло загибается вверх, потом назад, потом вниз, и соединяется само с собой.
Смысл на самом деле оч простой. Обычный винглет ослабляет вихрь с одной стороны. Spiroid замыкает контур полностью, вихрь не гасится буквально, но энергия, которая обычно уходит в завихрение, перераспределяется внутри петли и частично превращается в полезную подъёмную силу
Теоретически как будто бы эффективнее обычного загиба.
Почему тогда на каждом самолёте не стоит?
Петля тяжелее, дороже в производстве, сложнее в обслуживании, а реальный выигрыш в топливе не окупает всё это на коммерческих рейсах. Пока живёт в основном на бизнес-джетах.
Но идея мне нравится.
Кто-то смотрел на вихрь, думал-думал и просто закрыл ему выход.
Такие дела.
Если зашло — я пишу про авиацию именно в таком формате в телеграм-канале «Будни пилота». Как устроены самолёты, что происходит в кабине, почему всё сделано именно так, а не иначе.
Заходите: t.me/budnipilot