Ist das Flügelspitzendesign ausgereift?

Die Flügelspitzen sind ein einzigartiger Teil des Flugzeugs, da sie wirklich eine Aufgabe haben; Luftwiderstand minimieren. Ihr Design ist leicht zu erkennen, und sie sind eine ziemlich neue Ergänzung zu Transportflugzeugen. Bei der Untersuchung der Aerodynamik werden weiterhin Entwicklungen vorgenommen, wobei moderne Rechenleistung und Methoden eine viel bessere Modellierung von Strömungsmustern zur Bewertung von Designs ermöglichen und Verbesserungen bei Materialien den Bau komplexerer Designs ermöglichen.

Der Schlüssel ist, dass das Winglet richtig konstruiert sein muss. Wenn sich die Flügeldesigns ändern, ändert sich die Strömung über die Flügel und es werden neue Winglet-Designs erfunden.

Da dies stark von der spezifischen Anwendung abhängt, ist es relevanter, die Entwicklung der Designs auf verschiedenen Flugzeugen zu betrachten. Das gewählte Design hängt von der zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Technologie ab, sowohl für die Bewertung des Designs als auch für den Bau, das Design des Flügels, die beabsichtigte Verwendung des Flugzeugs und die bisherige Erfahrung des Herstellers.

Die 737 ist ein altes Design, das sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt hat: Original/Classic: keine, NG: Winglet, P-8: Raked Tip, MAX: Split Scimitar

Der A330 ist ein ziemlich neues Design: Aktuell: kleines Winglet, Neo: Winglet

Auch die 747 hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, und die neueste Version teilt die Technologie mit der 787: Original: keine, -400: kleines Winglet, -8: Raked Tip

Auch der A320 hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt: Original: keiner, Aktuell: Kippzaun, Neo: Winglet

Der A380 ist ein neues Design: Kippzaun

Der A350 ist ein neues Design: Winglet

Der 787 ist ein neues Design: Raked Tip

Der 777 ist ein ziemlich neues Design: Basic: keine, -200LR und -300ER: geneigte Spitzen

Sie werden einen Trend von kleineren Designs zu größeren bemerken. Bei größeren Flugzeugen können das Gewicht eines großen Winglets und die von ihm erzeugten Lasten jedoch zu groß werden. Neue Designs wie die 777, A380, 787 und 747-8 verwenden alle entweder geneigte Spitzen oder kleine Winglets.

Wie bei anderen Teilen von Flugzeugen ändern sich Triebwerke mehr als Sie denken. Die Strahltriebwerke der frühen Strahltransporter sehen ganz anders aus als moderne High-Bypass-Turbofans. Die GEnx-Triebwerke der 787 und 747-8 haben hinten Chevrons, um Geräusche zu reduzieren. Alles, was Sie auf der Außenseite sehen, ist die Gondel, die den Luftwiderstand minimiert; Die meisten Änderungen finden im Inneren statt. Wenn Sie sich die Vorderseite genau ansehen, haben die Lüfterblätter neuerer Motoren Kurven, anstatt gerade Kanten zu haben.

Die meisten anderen Teile des Flugzeugs haben komplexere Aufgaben, die nicht primär extern sind. Ein Rumpf sollte effizient darin sein, Dinge im Inneren zu transportieren, aber auch den Luftwiderstand gering halten. Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass neue Flugzeuge wie die 787 und A350 viel mit früheren Rümpfen gemeinsam haben, aber auch anders geformt sind. Es ist schwieriger, die anderen drastischen Änderungen wie die Verwendung von Verbundwerkstoffen anstelle von herkömmlichem Aluminium, elektrische Systeme anstelle von Hydraulik oder Bleed Air, Fly-by-Wire usw. zu erkennen.

Steuerflächen müssen eine ausreichende Kontrolle bieten und gleichzeitig den Luftwiderstand minimieren. Größe und Form haben sich im Laufe der Zeit ebenfalls geändert, obwohl das allgemeine Design beibehalten wurde.

Ich bin kein Luftfahrtingenieur, daher kann diese Antwort Fehler enthalten.

Das Design eines Flugzeugs ist so ziemlich das Design eines Flügels. Dass sich Flügelspitzendesigns ändern, liegt nur daran, dass sich auch das Flügeldesign mit jedem Flugzeugtyp ändert.

Das Rumpfdesign ist ausgereift in dem Sinne, dass kreisförmig besser als quadratisch ist. Das Motordesign ist ausgereift in dem Sinne, dass Motoren austauschbar sind; Solange Sie die richtigen Hardpoints am Flügel für Treibstoff, Zapfluft usw. haben, spielt es keine Rolle, ob Sie sich für den Wilbur 400-Turbofan oder den Orville 602N-Turbofan entscheiden.

Aber der Flügel ist integraler Bestandteil des Flugzeugs. Für jedes Flugzeug, das Sie entwerfen, entwerfen Sie einen passenden Flügel. Schwerpunkt, Druckzentrum, kritische Mach, all diese Dinge und noch viel mehr werden berücksichtigt und sind für jedes Flugzeug anders, also müssen sie anders angegangen werden. Die Tatsache, dass Flügelspitzen von Modell zu Modell unterschiedlich sind, bedeutet nur, dass Flügel von Modell zu Modell unterschiedlich sind.

Es ist wirklich nicht so wichtig.

Schauen Sie sich Vögel an: Sie verwenden zwei verschiedene Flügelspitzendesigns. Ich denke, wir werden uns beide einig sein, dass diese Designs nach Millionen von Jahren der Evolution ausgereift sind. Und dennoch gibt es zwei unterschiedliche Flügelspitzenformen: Die eine ist die „gefingerte“ Flügelspitze mit großen, ausgebreiteten Federn, und die andere ist die spitze Spitze, die man bei Möwen, Albatrossen und auch bei Schwalben findet. Warum gibt es kein ausgereiftes Design?

Dies hat mit der Umgebung zu tun, in der sie verwendet werden. Seevögel und Schwalben fliegen in einer ungehinderten Umgebung mit stetigem Wind und müssen länger in der Luft bleiben. Alle anderen Vögel, auch Seebewohner wie Pelikane, müssen mit Bäumen zurechtkommen, die eine gerade Flugbahn behindern, und mit Böen von Hügeln oder diesen Bäumen. Sie müssen schnell manövrieren und mit böigen Winden fertig werden. Dazu tragen eine reduzierte Spannweite und die Möglichkeit bei, den Außenflügel im Handumdrehen einzuklappen oder aufzufächern. Daher die gefingerte Flügelspitze.

Für die meisten Flugzeuge sollte die Seabird-Lösung am besten funktionieren. Aber manchmal bringt die Umgebung neue Anforderungen mit sich, wie z. B. Spannweitenbeschränkungen in den Wettbewerbsklassen von Segelflugzeugen. Dann ist es sinnvoll, ein Winglet hinzuzufügen.

Eine weitere "Einschränkung" sind die hohen Kosten für die Entwicklung eines neuen Flügels, ganz zu schweigen vom Werkzeug- und Zertifizierungsaufwand. Dann hilft es, ein Winglet hinzuzufügen, damit der äußere Flügel mehr Auftrieb beitragen kann, wenn die Flugzeugmasse erhöht wird, indem er über die Fähigkeiten des ursprünglichen Flügels hinaus gedehnt wird. Dies erhöht jedoch die Flügelbiegemomente überproportional, sodass der Gesamtnutzen gering ist. Für die Leistung wird es immer besser sein, einen neuen Flügel mit einer geraden Flügelspitze zu konstruieren.

Wenn Sie an modernen Verkehrsflugzeugen allerlei schicke Winglets sehen, hat das mehr mit Marketing als mit Aerodynamik zu tun. Schließlich hat kein Vogel Winglets. Nicht ein einziger.

Aber stellen Sie sich jetzt den Airbus-Vorstand vor (voller Erbsenzähler und Anwälte, und ohne Aerodynamiker), nachdem Boeing ihren neuen Winglet-Flügel hochgespielt hat: Die unmittelbare Reaktion ist: Wir brauchen dieses Wundergerät auch! Aber es muss anders aussehen! Leider hat dies zur quasi-religiösen Anhängerschaft des Winglet-Kultes geführt, wo Winglets als Allheilmittel gegen aerodynamische Probleme gemacht werden.

Nun kann man argumentieren, dass die Natur nie dazu kam, die Winglet-Modifikation auszuprobieren. Nicht in mehr als 100 Millionen Jahren, nicht in einer von mehreren unabhängigen Entwicklungen von Flügeln (Pterodaktylen, Insekten, Vögel und Fledermäuse. Sie können dieser Liste sogar Fische hinzufügen, ihre Flossen haben eine ähnliche Funktion). Das könnte sein, aber jetzt kommt die Frage auf Occam's Razor: Was ist wahrscheinlicher?

• Winglets hat die Natur trotz ihrer Vorteile nie entwickelt? Und bitte nennen Sie die elastische Verformung der Spitzenfedern nicht Winglets. Das ist einfach albern.
• Oder das Nasa- und Boeing-Marketing haben ein Gerät hochgespielt, das die Aerodynamik unter bestimmten Bedingungen verbessert, aber nicht so gut ist wie eine gerade Flügelverlängerung, wenn die Bedingungen diese Verlängerung zulassen?

Urteile selbst.