Какими будут крылья самолетов будущего: снова берем пример с птиц
Обсудить 0
Примерно тридцать пять лет назад в авиастроении произошла небольшая революция — на лайнерах стали устанавливать аэродинамические законцовки крыла. Такое, казалось бы, незначительное усовершенствование конструкции позволило снизить расход топлива на 3−7%, а это фантастический результат для гражданской авиации. Никогда ранее всего одно изменение в конструкцию планера не приводило к такому сильному экономическому эффекту.
На Airbus A380 установлены законцовки-шарклеты с ответной частью под крылом
Существует огромное количество видов концевых элементов крыла: винглеты, шарклеты, шайбы Уиткомба и гребневые законцовки. Основная проблема, которую они решают — индуктивные вихри, срывающиеся с края крыла и превращающиеся в длинные жгуты турбулентных потоков воздуха. Помимо опасности для других самолетов, формирование вихря не только отнимает часть подъемной силы крыла, но и создает сопротивление движению вперед.
Позади крыла от его кромки начинается индуктивный вихрь, формирующий турбулентный жгут длиной до 15 километров. На иллюстрации слева нет аэродинамической законцовки, а справа она установлена.
Однако у каждого типа аэродинамических законцовок есть свои особенности и ограничения применения. Например, большинство из них эффективны только при полете на крейсерской скорости авиалайнера. Именно по этой причине на региональных самолетах или в малой авиации, где длительность одного рейса меньше, а скорость ниже, крылья имеют самые обычные концевые элементы без радикального изменения геометрии.
В остальных режимах полета аэродинамические законцовки, в лучшем случае, являются лишь избыточным весом. Однако чаще они создают дополнительные проблемы: самолет становится более чувствительным к боковому ветру, лобовое сопротивление повышается, а что не менее важно, при их установке нередко требуется усиление крыла. Кажется, Airbus смогли разрешить большую часть противоречий: на новом прототипе Albatross ONE крайние поверхности крыла установлены на свободных шарнирных соединениях.
Такой подход позволяет заставить работать те эффекты, с которыми конструкторы борются — вихри направляют законцовку и та занимает наиболее оптимальное положение в каждом режиме полета. В результате, винглет перестает быть балластом значительную часть полета, а также не создает излишнего сопротивления боковому ветру на низкой скорости. В очередной раз инженерное решение было подсмотрено в природе, ведь похожим образом работают перья у птиц в бреющем полете.
Альбатросовые — одни из самых крупных летающих птиц: размах крыльев взрослой особи может достигать почти четырех метров. Строение их тела чрезвычайно эффективно в полете — альбатросы способны преодолевать до тысячи километров в день ни разу не взмахнув крыльями, а лишь планируя. В полете они подгибают часть крыла для снижения лобового сопротивления
«Альбатрос» является масштабной радиоуправляемой моделью среднемагистрального лайнера A321 и создан с целью демонстрации технологии. На его базе планируется отработать различные конфигурации свободных законцовок, которые могут быть разной длины, вплоть до трети крыла. Первый этап испытаний Albatross ONE показал, что летательный аппарат стабилен и полностью управляем как при заблокированных законцовках, так и когда они свободно сгибаются в потоках воздуха.
Крылья A330neo имеют минималистичные шарклеты
Эффективность этого решения заключается не только в снижении турбулентных вихрей, но и в упрощении конструкции крыла. Индуктивные жгуты за таким самолетом будут больше, чем у планера с винглетами, однако последователи «Альбатроса» смогут стать легче. Крылу, внешний край которого в условиях турбулентности не передает перегрузки на фюзеляж, необходима меньшая жесткость, а значит все воздушное судно будет весить меньше и обладать лучшей топливной эффективностью.
Обсудить 0
