Jobb híján ide teszem be ezt az írást, amit most találtam:
"A WINGLETEK AERODINAMIKÁJA ÉS TÉRHÓDÍTÁSUK A REPÜLÉS KÜKÖNBÖZŐ TERÜLETEIN
Az 1970-es évek végén a 80-as évek elején furcsa szerkezetek jelentek meg a repülőgépek szárnyvégein. Ezeket a jellegzetes szárnyvégi füleket nevezték el wingleteknek, ami a magyar terminológiában is elterjedt. A kezdetek persze nem voltak zökkenőmentesek, de hosszú és igen alapos kutatások, kísérletek, sokszor kudarcok után végül a vingletek eljutottak abba a stádiumba, hogy alkalmazásuk a repülés egyes területein mindennapossá vált. Ma szinte nem gyártanak olyan vitorlázó-repülőgépet, amely ne winglettel lenne szerelve, de az újabb utas és teherszállító gépek, business jetek jelentős részénél is találkozhatunk ezekkel a szerkezetekkel. Nézzük milyen jelenséghez kapcsolódik a wingletek alkalmazása, és hogyan fejti ki pozitív hatását.
AZ INDUKÁLT ELLENÁLLÁS
Az aerodinamikával foglalkozó szakemberek már az 1800-as években, jóval a gyakorlati repülés megkezdése előtt felfedezték, hogy véges szárnyak esetén nem csak profil ellenállás keletkezik, hanem egy olyan ellenállás is, amely kifejezetten a felhajtóerő keletkezéséhez kapcsolódik. Ez az ellenállás a szárny körüli áramlás háromdimenziós mivoltából adódik. Ez azt jelenti, hogy a szárny alsó és felső felületei közötti nyomáskülönbség hatására a szárnyvég körül megkezdődik a nyomás kiegyenlítődése. Ez egy olyan örvényrendszer kialakulásához vezet, amely a forgásához szükséges energiát a repülőgép mozgásából nyeri, és ezzel közvetlenül felelős ennek az ellenállásnak, más néven indukált ellenállásnak a kialakulásáért. A kérdéssel Prandtl is foglalkozott, aki a véges szárnyat „patkó örvényrendszerrel” helyettesítette. A patkó örvény a „Γ” cirkulációjú kötött örvényből és a Helmholz-féle örvénytételeknek megfelelően a szárnyvégeken ennek folytatását alkotó, szintén „Γ” cirkulációjú két szabad örvényből, valamint az úgynevezett indulási örvényből áll. Ez utóbbi azonban a repülőgép felszállása után a repülőtéren marad és a levegő súrlódása következtében hővé alakul.
A szabadörvények a szárny kilépőélén lefelé irányuló sebességet (vind) indukálnak, amelynek értéke változik a szárny terjedtsége mentén. Emiatt megváltozik a megfúvás iránya (Vval) és a felhajtóerő vektor is hátrafelé dől meg (Fy val). A hátradőlésből származó „x” irányú komponens lesz az indukált ellenállás (Fx ind).
Felhajtóerő
Kötött örvény
Indulási örvény
Leáramlás
Szabadörvények
A felismerés után szinte azonnal megkezdődött ennek a jelenségnek a további kutatása, illetve azok az erőfeszítések, hogy valamilyen módon csökkentsék ezt a hatást. Frederick W. Lanchester az 1800-as évek végén felismerte, hogy a szárnyvégeken elhelyezett függőleges felületek jelentősen csökkentik az indukált ellenállás nagyságát kis sebességű (nagy felhajtóerő tényezővel) történő repülés esetén. Szabadalmát 1897-ben be is jegyeztette. Az alapvető probléma az volt, hogy nagy repülési sebességek (kis felhajtóerő tényező) esetén a függőleges felületeken keletkező járulékos profil ellenállás, az indukált ellenállás csökkenése ellenére, az összellenállás növekedéséhez vezetett. A nehézségek ellenére a kutatók érdeklődése nem csökkent ez iránt a terület iránt, amit jelez, hogy könyvtárnyi irodalom foglalkozik a jelenséggel. Ennek ellenére a gyakorlatban jól használható megoldás a wingletek 80-as évekbeli megjelenéséig nem született.
HOGYAN CSÖKKENTI A WINGLET AZ INDUKÁLT ELLENÁLLÁST?
Mint az előző fejezetben már említésre került, a szárnyvégi zárólapok alkalmazása a repülés kezdeti időszakában felmerült, de ezek csupán, mint egyfajta „kerítés”, fizikai akadályt képeztek a szárnyvégi átáramlás útjában. Nagyobb repülési sebességek esetében, amikor a szárnyvégi átáramlás jelentősen csökken, a zárólapokon keletkező profilellenállás már nagyobb, mint az elérhető indukált ellenállás csökkenés. Wingletek alkalmazásánál ennél bonyolultabb a helyzet. A wingletek nem egyszerű fizikai akadályt jelentenek a szárnyvégén átáramló közeg útjában, hanem a körülöttük kialakuló áramlás megváltoztatja a szárny áramlási rendszerét is úgy, hogy ezzel jelentősen lecsökken a szárnyon a terjedtség-menti áramlás. Leegyszerűsítve a winglet a következőképpen fejti ki a hatását. A kiválasztott winglet metszetet a repülési sebességből (V) és a szárnyvégi örvényekből származó kerületi sebesség (vi) összegzése után kapott eredő megfúvás (W) éri. Így a wingleten keletkező eredő erőnek (R) optimális esetben lesz egy haladási irányba eső komponense, amelyet tekinthetünk úgy, mint egy járulékos vonóerő. Ezen kívül természetesen a winglet profil is eltéríti az áramlást, ami azt jelenti, hogy az eredő megfúvás (W) iránya a winglet után közel párhuzamossá válik a repülési iránnyal, csökkentve ezzel a szárnyon a terjedtség-menti áramlást. A hatás tehát kettős: egyrészt pozitív hatással lesz a wingleten keletkező vonóerő, másrészt a szárnyvégi örvények intenzitása jelentősen csökken, csökkentve ezzel a szárnyon a terjedtség-menti áramlást és ezzel a keletkező indukált ellenállást. A hatás jobb megértése miatt a wingletet hasonlíthatjuk egy olyan légcsavarhoz is, ahol nem a légcsavart forgatjuk, hanem a légcsavar körül forgatjuk meg a levegőt. Optimális esetben (megfelelő állásszög), a winglet „légcsavarlapáton” is keletkezik vonóerő, azonban ellentétben a légcsavarral, amely megforgatja a levegőáramot a winglet lefékezi a levegőáram forgását, így az előbb már említett módon csökkentve a szárnyvégi örvények intenzitását. A nehézséget itt az jelenti, hogy sem a „légcsavarlapát” beállítási szöge (ϕ), sem pedig a „légcsavarlapát” fordulatszáma (∼vi) nem szabályozható. Ez utóbbit tekintve ugyan a részecskék az örvénymagban a Rankine-féle örvények esetében, ami a szárnyvégi örvényrendszert is jellemzi, merevtestszerűen forognak, a forgás szögsebessége azonban jelentősen változik a repülési sebesség függvényében. Ez azt jelenti, hogy a winglet profilok megfúvási viszonyai rendkívül széles tartományban változnak a repülési sebesség függvényében. Kis repülési sebességnél (V) ugyanis a szárnyvégi örvényben az adott metszethez tartozó kerületi sebesség (vi) magas, ami azt jelenti, hogy az állásszög közelít a kritikus állásszöghöz. A winglet beállítási szöge többékevésbé akkor tekinthető optimálisnak, ha a szárnyon és a wingleten nagyjából egyszerre következik be az átesés. Növekvő repülési sebesség (V) esetén az állásszög csökken, az eredő erő (R) lassan hátrahajlik és a repülési irányba eső komponense már hátrafelé fog mutatni. Valahol ennél az állásszögnél, illetve a hozzátartozó sebességnél a winglet már ellenállás növekedést fog okozni (az indukált ellenállás csökkenése már minimális lesz, az eredő erő (R) további elfordulása pedig már ellenállást növel). Látható, hogy csak egy szűk tartomány lesz, ahol igazán optimálisan működik a winglet. Ennek megfelelően nagyon gondosan kell megválasztani a winglet geometriáját, így a winglet profil(oka)t, a winglet magasságát, terjedtség-menti húrmegoszlását, nyilazását, de talán ezek közül is legfontosabb a helyes beállítási szög (ϕ), illetve elcsavarás megválasztása. A cél mindenképpen az, hogy a teljes repülési sebességtartományban sehol ne okozzon a winglet ellenállás növekedést a winglet nélküli szárnnyal összehasonlítva.
folyt köv.
