Können Winglets verwendet werden, um den hohen induzierten Luftwiderstand zu kompensieren, der durch einen Flügel mit niedrigem Seitenverhältnis erzeugt wird?

In der Linse der Potentialtheorie können wir die Wirksamkeit des Winglets dadurch erklären und vorhersagen, wie sehr es die Stärke der nachlaufenden Wirbel verdünnt. Genauso wie wir zeigen können, dass die elliptische Auftriebsverteilung den geringsten induzierten Widerstand für eine gegebene Spannweite auf einer flachen Grundrissform erzeugt, können wir gleichermaßen die optimale Auftriebsverteilung für jede Flügel+Winglet-Kombination beliebiger Winglet-Höhe und Neigungswinkel ableiten.

Das folgende Diagramm, das von Drela , Flight Vehicle Aerodynamics, gesammelt wurde, zeigt parametrisch, wie der optimalste induzierte Luftwiderstand verschiedener Winglet-Verlängerungen und Neigungswinkel mit dem flachen elliptischen Luftwiderstand verglichen wird, wenn der Gesamtauftrieb am Flügel fest ist.$h_{winglet}$die vertikale Höhe des Winglets über der Grundrißebene ist, und$\theta_{winglet}$ist der Neigungswinkel, gemessen von der Grundrißebene (0 bedeutet eine einfache Spannweitenverlängerung, während 90 ein senkrechtes Winglet bedeutet).

_{Bild von Drela , Aerodynamik von Flugfahrzeugen}

Wie Sie sehen können, ist eine einfache Span-Erweiterung ($\theta_{winglet}=0$) ist immer besser. Um zum Beispiel die gleiche Verringerung des induzierten Luftwiderstands wie bei einer Spannweitenerweiterung von 20 % zu erreichen, müssen wir ein vertikales Winglet haben, dessen kombinierte Höhe 40 % der Spannweite beträgt (vorausgesetzt, wir erlauben überhaupt keine Spannweitenerweiterung).

Ich muss betonen, dass die obigen Ergebnisse ein Vergleich zwischen den optimalsten Planform + Winglet-Kombinationen sind. Optimalität bedeutet, dass beim Anbringen der Winglets der Flügel selbst modifiziert wird, um Optimalität zu erreichen. In der Praxis könnten Sie mit dem Flügel selbst nur schlechter abschneiden.

Stellen Sie sich zwei Flügel mit gleicher Fläche vor, einen mit der halben Spannweite und der doppelten Sehne, sodass er ein Viertel des Seitenverhältnisses und das Vierfache der Spitzenverluste aufweist.

Fügen Sie nun Winglets hinzu, deren Größe der Sehne entspricht, sodass der Flügel mit geringer Spannweite doppelt so große Winglets hat. Die Winglets erholen sich sagen wir 50% der Spitzenverluste. Obwohl das große Winglet mehr Effizienz als absoluten Wert des Luftwiderstands zurückgewinnt, verlor der Kurzspannflügel in erster Linie so viel, dass er immer noch doppelt so viel verliert wie der Flügel mit hoher Streckung.

Also nein, Winglets sind kein Ersatz für die Streckung. In typischen Anwendungen ermöglichen sie eine bescheidene Verringerung der Spannweite von ungefähr der Höhe des Winglets an jedem Flügel.