Dizájn, vagy takarékosság? Vajon miért éri meg egyre több légitársaságnak, hogy gépeire felszereltesse ezt a látványos elemet? A válasz egyértelműen a kisebb fogyasztás és a nagyobb hatótávolság elérése. Az a tény pedig, hogy ráadásul esztétikus megjelenést is kölcsönöz a gépnek, csak tovább növeli a wingletek népszerűségét.

A repülőgépek légellenállásának jelentős része az indukált ellenállás, amelynek egyik fő okozója a szárnyvégeknél kialakuló nagy energiájú örvény. Ennek létezéséről és komoly ellenállásnövelő szerepéről már a 19. század végén, a Wright biplán repülése előtt tudtak, sőt, 1897-ben egy angol szabadalom is született szárnyvégi zárólapra, amely a mai winglet ősének tekinthető.
A szárnyvégi örvények kialakulása elkerülhetetlen, a felhajtóerő létrejöttével együtt járó jelenség, amely veszélyt is jelenthet egy belekerülő másik repülőgép számára.

Szárnyvégi örvény a NASA kísérletében (forrás: NASA)

Megszüntetni nem lehet, mivel minden szárny körüli térbeli áramlásnak velejárója ez a jelenség. Ám energiáját “befogni”, illetve az örvény képét módosítani már lehetséges, és mint kiderült, igencsak hasznos a repülőgépek tüzelőanyag-fogyasztására nézve.

A szárnyvégi örvények keletkezésének oka az, hogy a szárny felső és alsó felülete között nyomáskülönbség van. A szárny felett kisebb a nyomás, mint alatta, a szárnyon keletkező felhajtóerő is ennek a nyomáskülönbségnek köszönhető. A nyomáskülönbség azonban kiegyenlítődni igyekszik, és mivel a szárnyvég irányában, a szárnyat “megkerülve” is megteheti ezt, az ábrán látható áramlás alakul ki a szárny alatt illetve felette.


A szárnyvégi örvény szemléletes magyarázata

Az ábrán látható, hogy a szárny alatti nagyobb nyomás a szárnyvég körül igyekszik kiegyenlítődni, vagyis a szárny alatt áramló levegő sebességének lesz egy kifelé, a szárnyvég felé mutató komponense, a szárny felett pedig egy befelé, a törzs felé mutató komponense. Így a szárnyvégi örvény az egész szárny körüli áramlás képét befolyásolja.

A szárnyvégre megfelelően elhelyezett szárnyvégi zárólap ezt a szárnyfesztáv-irányú (vagy terjedtség menti) áramlást foghatja munkára. Az alábbi ábrán egyszerűsítve látható, hogy a wingletre érkező áramlás hogyan termel a repülés irányába mutató erőt, amely egy plusz tolóerőként jelentkezik a szárnyvégen.

Az áramlásba helyezett winglet profilján a szárnyhoz hasonlóan az áramlás miatt (felhajtó)erő ébred, amely azonban előre mutat.


A winglet “működése”

Erősen sarkítva, a szemléletesség kedvéért azt is mondhatnánk, hogy egy versenyhajó vitorlájához hasonlóan a szárnyon létrejövő fesztáv irányú áramlás miatt kissé oldalról érkező megfúvást tolóerővé alakítja, így segíti az előrehaladást.

A winglet így nem csak hasznosítja az indukált örvény energiájának egy részét, de visszahat a szárny körüli áramlás képére is, csökkentve a fesztáv menti áramlást. A szárnyvégen elhelyezett felületek alakja, profilja, beállítási szöge rendkívül sok számítást és kísérletet követően alakult ki minden egyes típus esetén.

A winglet kialakításának olyannak kell lennie, hogy a leggyakoribb üzemállapotban (utazósebességen) fejtse ki a legnagyobb hatást, de kis sebességeken se legyen járulékos ellenállása, mint azt a korai kísérletekben alkalmazott zárólapoknál gyakran tapasztalták. Vagyis legyen olyan üzemállapot, amikor hasznos, de más üzemállapotokban se legyen káros.

Az ideális winglet így minden üzemállapotban “segíti” a repülőgépet, de utazósebességen a leggazdaságosabb.


Winglet egy vitorlázó gépen (forrás: www.baha.be)

Amellett, hogy esztétikus külsőt ad a gépnek és kedvezőbb fogyasztás érhető el a segítségével, komoly erőhatásoknak is ki van téve, sőt, a szárny szerkezetére is plusz terhelést jelent. Így a wingletek tervezése nem csupán azok konstrukcióját érinti, de a szárnyra való hatást is vizsgálni kell.

Jellemzően egy utasszállító repülőgépen ezek nagy szilárdságú szénszálas kompozit tartókkal készülnek, felhasználnak titánt és alumíniumot is a csatlakozó elemeknél illetve a be-és kilépőéleken. A borítás alumínium, vagy szénszál erősítésű szendvics szerkezet.


A szerkezet az Aviation Partners Boeing honlapján

A wingletek utólagos felszerelésére ma már egész iparág épült. Fontossága és népszerűsége az üzemanyagárak növekedésével várhatóan csak nőni fog. Úgy tűnik, a Boeing élen jár ebben. Az Aviation Partners Boeing végzi a Boeing repülőgépeire a wingletek felszerelését. Az ár meglehetősen borsos, 700 ezer dollártól 1,8 millióig, típustól függően. A hasznossága viszont nem kétséges – hamar behozza az árát, utána pedig tiszta megtakarítást jelent minden egyes repült órában.

Hasznosságára egy profitorientált világban nem nagyon kell egyéb bizonyíték, mint a megrendelők nagy száma, illetve az, hogy ezek között élen jár pl. a Southwest amerikai fapados társaság, persze más hasonló társaságokkal együtt. A fapados légitársaságok pedig nem arról híresek, hogy egy ilyen nagyságrendű beruházást vállaljanak úgy, hogy nem teljesen biztos annak a belátható időn belüli megtérülése.

A napi 3300 járatot teljesítő, több, mint 500 darab Boeing 737-est üzemeltető Southwest Airlines saját számításai szerint csak 2007-ben a wingletek alkalmazásának köszönhetően 27 millió gallon (102 millió liter!) kerozint spórolt meg.


Winglet a Southwest gépén az Airliners.net-ről

A tüzelőanyag-fogyasztásra gyakorolt kedvező hatása mellett egy winglettel felszerelt 737-700-as 2700 kilogram hasznos teherrel többet vehet fel, csökken a felszállási úthossz, akár 300 kilométerrel nagyobb távolságra repülhet, jobbak lesznek az emelkedési paraméterei – így a környezet zajterhelése is kisebb lehet.

A Southwest 2007-ben a Boeing 737NG változatokon kívül már a régebbi, 737-300-asinak egy részére is felszereltette a wingletet. Ez csak egy kiragadott példa a Boeing 737-es változatokra, de ezek a hatások más számokkal persze, minden egyéb típusra is érvényesek.

Az Aviation Partners Boeing eddig 120 légitársaságnak szállított már wingleteket, de úgy tűnik, hogy ezeknek a szép és hasznos kiegészítőknek a hódítása most kezdődik csak igazán.

Ajánlott linkek:
Aviation Partners Boeing
Wingletes gépek képgyűjteménye az Airliners.net-en