Winglety – w pogoni za oszczędnościami

Inspiracją do stworzenia tego wpisu było pojawienie się w czerwcu 2014 roku na naszym lotnisku Boeinga 737-800NG wyposażonego w nowy rodzaj skrzydełek aerodynamicznych o  nazwie Split Scimitar Winglets. W zimie 2013/2014 zamontowano je na samolocie o znakach rejestracyjnych C-FYLC kanadyjskiej linii lotniczej SunWing. Maszyną w sezonie czarterowym 14’ pod marką Smartwings realizowane są rejsy czarterowe z i do Polski (także z Katowice Airport).

Split Scimitar Winglets, nowe skrzydełka aerodynamiczne na końcówkach skrzydeł Boeinga 737-800 NG (fot. Tobiasz Stefański)

W tym tekście przyjrzymy się roli jaką pełnią winglety i jakie wariant wśród nich wyróżniamy. Jednym zdaniem można napisać, że winglety pomagają zaoszczędzić pieniądze. Jednak warto opisać to zagadnienie szerzej. Nie jest tajemnicą, że jednym z największych kosztów działalności operacyjnej każdej linii lotniczej jest paliwo, istotny koszt to także opłaty hałasowe. Dlatego branża lotnicza cały czas szuka rozwiązań umożliwiających ich zmniejszenie. Jednym z rozwiązań jest montaż wingletów na samolotach znajdujących się we flocie lub zakup nowych samolotów w nie wyposażonych.

Winglety to pionowe skrzydełka aerodynamiczne, których zadaniem jest rozpraszanie wirów brzegowych które powstają na końcówkach skrzydeł. Czym są wiry brzegowe? Żeby to wyjaśnić niezbędny jest powrót do podstawowych zasad aerodynamiki, które w praktyce sprawiają, że samolot potrafi pokonać grawitację. Opiszę to w pewnym umowny sposób. Krawędź natarcia skrzydła przecina powietrze dzieląc je na dwie warstwy, które opływają skrzydło po górnej i dolnej jego części. Profil skrzydła sprawia, że powietrze poruszające się po jego górnej powierzchni ma dłuższą drogę do przebycia niż to opływające dolna część płata. W związku z tym powietrze opływające górną powierzchnię skrzydła porusza się szybciej, tym samym ma niższe ciśnienie, a powietrze opływającej dolną powierzchnię skrzydła ma niższą prędkość ale wyższe ciśnienie. Jeśli do tego dołożymy czynnik wystarczającej prędkości, warstwa powietrza opływająca skrzydło dołem, dzięki swojemu wyższemu ciśnieniu, wytworzy taką siłę, która umożliwi poderwanie statku powietrznego.

Uboczny efektem powstawania siły nośnej są zawirowania brzegowe powstające na końcówce skrzydła, które są konsekwencję kierunku poruszania się warstw powietrza po górnej jak i dolnej powierzchni skrzydła. Powietrze o niższym ciśnienie na górze skrzydła jest spychane w stronę kadłuba przez powietrze o wyższym ciśnieniu na dole płata, a to z kolei podąża ku końcówce skrzydeł. Wynika to z tego, że dwie warstwy powietrza o różnym ciśnieniu zawsze dążą do wyrównania układu ciśnień, szukając jednocześnie najkrótszej drogi, a najłatwiej jest im się spotkać na końcówce skrzydła. W ten sposób powstają wiry brzegowe, które są źródłem oporu aerodynamicznego nazywanego też indukowanym. Jest on tym większy im niższa jest prędkość samolotu, więc występuje w szczególnie niekorzystnych z perspektywy wielkości zużycia paliwa momentach, czyli w fazach podejścia do lądowania i wznoszenia. Na poniżej załączonym filmie możecie zobaczyć jak wiry brzegowe wyglądają w rzeczywistości.

[youtube youtubeurl=”QZkggFzAtEc” ][/youtube]

Winglety rozpraszają wiry brzegowe, dzięki temu zmniejszają opór indukowany skrzydła, a tym samym poprawiają jego doskonałość aerodynamiczną. Obecnie stają się  standardem w nowych maszynach, a wielu przewoźników doceniając ich korzystny wpływ na poprawę aerodynamiki samolotu, decyduje się na ich montaż w starszych statkach powietrznych. Najważniejsze korzyści, które płyną z montażu wingletów to:

• Zmniejszenie zużycia nafty lotniczej od 3% do 6% w skali roku, w zależności od wariantu zastosowanych wingletów,
• Lepsze właściwości wznoszenia, przekładają się na mniejsze zużycie silników (niższy ciąg), dzięki temu zwiększa się ostęp pomiędzy przeglądami,
• Zwiększenie zasięgu samolotu od 5% do 7%
• Mniejsza emisja CO2 do atmosfery (roczny spadek emisji CO2 w przypadku Boeinga 738 z wingletami szacuje się na 1 385 ton w skali roku)
• Możliwość osiągnięcia szybciej większej wysokości tuż po starcie, i średnio o ok. 1200 ft większej, optymalne wysokości przelotowej.
• Niższy poziom hałasu (o ok. 6,5%), tym samym niższe opłaty hałasowe na lotniskach.

Przyjrzyjmy się teraz kilku wariantom stosowanych wingletów.

 WINGTIP FENCES

Wingtip Fences na Airbusie A321 Niki Airlines (fot. Piotr Adamczyk)

Wingtip Fences były przez wiele lat preferowane przez Airbusa (za wyjątkiem modeli A330/340 i znajdującego się w fazie testów modelu A350). Po raz pierwszy zastosowano je w modelu A300, a masowo producent z Tuluzy montował je w Airbusach A320. Europejski producent powoli odchodzi od tego rozwiązania (także w najpopularniejszym modelu A320) na rzecz tzw. prawdziwych wingletów (blended winglets), którym Airbus nadał marketingową nazwę Sharklets.

Airbus A320 z Sharkletami. (fot. Piotr Adamczyk)

 BLENDED WINGLETS

Blended winglets, czyli tzw. prawdziwe winglety na Boeingu 737-800NG

Najpopularniejszy w chwili obecnej wariant skrzydełek aerodynamicznych po raz pierwszy zastosowany w samolocie Mc Donalld Douglas MD-11  w roku 1990. Blended winglets są masowo stosowane przez Boeinga, Embraera i Bombardiera, w pewnym zakresie także przez Airbusa. Przykładowo ok. 95% wyprodukowanych Boeingów 737 z rodziny Next Generation wyposażonych jest w tego typu rozwiązanie. Ponadto Boeing oferuje montaż wingletów w starszych wariantach rodziny 737, oraz modelach 757 i 767).

SPLIT SCIMITAR WINGLETS

Split Scimitar Winglets na Boeingu 737-800NG SunWing. (fot. Tobiasz Stefański)

Rozwojowa wersja Blended winglet. Po raz pierwszy Boeing 737-800 z tak zmodernizowaną końcówką skrzydeł wzbił się w powietrze w lutym 2014 roku, był to samolot w barwach linii United. Ten rodzaj skrzydełek aerodynamicznych pozwala zmniejszyć zużycie paliwa o ok. 2% w porównaniu z „klasycznymi” wingletami.

 ADVANCED TECHNOLOGY (AT) WINGLETS

Wizualizacja Boeinga 737MAX z nowym typem wingletów. (wizualizacje Boeing)

W ten rodzaj skrzydełek aerodynamicznych wyposażona zostanie nowa rodzina Boeinga 737 o oznaczeniu Max. Pierwsze obloty zaplanowano na 2016 rok, dostawy do klientów rozpoczną się w 2017 roku. Inżynierowie Boeinga twierdzą, że dzięki nowym skrzydełkom aerodynamicznym uda się obniżyć spalanie paliwa o dodatkowe 1,5% w porównaniu z wcześniej stosowanymi rozwiązaniami.

Tekst: Piotr Adamczyk (PR Katowice Airport)
Zdjęcia: Piotr Adamczyk, Tobiasz Stefański

Dziękuję Tobiaszowi Stefańskiemu za udostępnienie zdjęć Boeinga 737-800NG SunWing.