Что такое «шарклеты», новый самолет в Алматы и много авиационных фотографий

Авиация России

Аэродинамические законцовки на крыльях — винглеты (англ. winglets) — «крылышки», присутствуют у подавляющего большинства современных лайнеров. Этот аэродинамический элемент придаёт самолёту изящность, стремительность, однако их использование — это не дань моде, а способ уменьшить индуктивное сопротивление крыла, повысить топливную эффективность и увеличить дальность полёта лайнера.

Полное аэродинамическое сопротивление крыла самолёта, летящего на околозвуковой скорости, складывается из волнового, профильного, индуктивного и паразитного сопротивлений. Аэродинамическое качество крыла тем лучше, чем меньшую силу лобового и индуктивного сопротивлений оно создаст.

При обтекании крыла воздушным потоком возникает разность давлений над крылом и под ним. В середине крыла воздух течёт от передней кромки к задней, ближе к законцовкам картина обтекания меняется — часть воздуха, срываясь с концов крыла, перетекает из зоны повышенного давления в зону пониженного — от нижней поверхности крыла на верхнюю и накладывается на воздушный поток, набегающий на верхнюю часть крыла.

Такое движение воздушных масс сообщает воздушному потоку паразитную силу, направленную вниз перпендикулярно вектору скорости, что приводит к уменьшению на конце крыла подъёмной силы.

В результате, за концами крыла образуются два вихревых жгута, которые называют спутными струями. Энергия, затрачиваемая на образование этих вихрей, и определяет индуктивное сопротивление крыла.

Индуктивное сопротивление отсутствует у бесконечно длинного крыла, но реальный самолёт такое крыло иметь не может. Для оценки аэродинамического совершенства крыла существует понятие «аэродинамическое качество», — чем оно выше, тем совершеннее самолёт. Улучшить аэродинамическое качество крыла можно, увеличивая его эффективное удлинение — чем длиннее крыло, тем меньше его индуктивное сопротивление, меньше расход топлива, больше дальность полёта.

Сила вихрей зависит от размеров, формы крыла, разницы давлений над верхней и под нижней поверхностями. За тяжёлыми самолётами образуются очень мощные вихревые жгуты, которые сохраняют свою интенсивность на дистанции 10 — 15 км. Они могут представлять опасность для летящего сзади самолёта, особенно когда в вихрь попадает одна консоль. Эти вихри можно легко увидеть, если понаблюдать за приземлением реактивных самолётов. Из-за большой скорости касания посадочной полосы колесная резина горит. В момент приземления за самолётом образуется шлейф пыли и дыма, который мгновенно закручивается в вихрях.

Вихри, создаваемые срывающимся с конца крыла воздушным потоком

Для преодоления индуктивного сопротивления требуется дополнительная кинетическая энергия двигателя, что увеличивает расход топлива. Уменьшить индуктивное сопротивление и повысить аэродинамическое качество — основной параметр, характеризующий совершенство самолёта, легче всего за счёт увеличения размаха крыла.

Взгляните на крылья самолёта-рекордсмена 30-х годов ХХ века АНТ-25 — длина самолёта составляет 13 метров, а размах крыла — 34, при этом его удлинение равнялось 13,1, что превращало самолёт в огромный планер с мотором. В то время авиационная наука не предполагала конструкцию крыла с изменённой геометрией концевой части, поэтому для дальних беспосадочных перелётов строились машины с такими «размашистыми» крыльями.

Размах крыла самолёта АНТ-25 составляет 34 метра!

Современные условия накладывают свои ограничения на размах крыла, которые определяются конструктивными и эксплуатационными параметрами. Так, например, аэродромная инфраструктура и требования ICAO ограничивают до 36 метров размах крыла у среднемагистрального самолёта. Винглеты позволяют увеличить эффективное удлинение крыла при практически неизменном размахе.

Одним из первых исследователей влияния формы законцовок крыла на аэродинамику самолёта был Ричард Уиткомб — авиационный специалист и инженер НАСА. В начале 70-х годов он сконструировал законцовку, перпендикулярно расположенную вверх и вниз от плоскости крыла, сегодня похожую конструкцию можно увидеть у Airbus A320. Внешне винглеты сильно различаются на разных самолётах, но все они предназначены только для одного — повышение экономической эффективности лайнера.

Установка винглетов даёт дополнительно до 7% экономии топлива. Авиаконструкторы всегда стремились увеличить типовое удлинение крыла — отношение длины к средней хорде. Типовое удлинение крыла у самолётов прошлых поколений составляло 8–9, у современных — 10–10,5, а на МС-21 — 11,5. Чтобы изготовить крыло из алюминия с большим удлинением, для сохранения его жёсткости потребовалось бы существенно увеличить толщину крыла, т.к. алюминий — металл мягкий, а увеличение толщины крыла — это увеличение лобового сопротивления.

Углепластик — гораздо более жёсткий материал, поэтому, даже без использования винглетов, композитное крыло МС-21 большого удлинения, образованное тонкими суперкритическими профилями (практически плоская верхняя и выпуклая нижняя поверхности), позволяет на крейсерских скоростях полёта получить аэродинамическое качество на 5-6% лучше, чем у новейших зарубежных аналогов.

В представленной таблице собраны значения удлинения крыла у современных российских и зарубежных самолётов. Макcимальное значение — у канадского турбовинтового самолёта Bombardier Q200 — 13,8. Прямые конкуренты МС-21 — даже новейшие модели А320/321 и В737-800 — имеют значительно худшие показатели. Приблизиться к совершенству крыла МС-21 может обновлённая версия A330CEO, у него удлинение крыла составит 11,07, при этом площадь крыла увеличится с 361,6 м² до 370 м². Но это широкофюзеляжный самолёт, в то время как МС-21 — узкофюзеляжный.

Для исследования влияния винглетов на динамику полёта МС-21 в ЦАГИ были спроектированы и испытаны в аэродинамических трубах крылья с аэродинамическими законцовками. Установка винглетов требует значительного усиления конструкции крыла и увеличения его массы. При боковых порывах ветра винглеты создают серьёзную сгибающую и крутящую нагрузки на крыло, существенно увеличивают влияние бокового ветра на самолёт при взлёте и посадке, а также в зонах турбулентности.

В тоже время на начальном этапе проектирования в начале 2000-х винглеты на МС-21 предусматривались (фото макета самолёта в заголовке статьи), т.е., конструкция крыла не позволяла получить требуемую топливную эффективность. Но по мере развития проекта, появления новых материалов и технологий, от них отказались, и именно потому, что МС-21 — это современный и технологичный самолёт с высоким аэродинамическим качеством, не требующим какого-либо изменения геометрии на концах его крыльев.

По мнению заместителя гендиректора ЦАГИ, начальника комплекса аэродинамики и динамики полёта летательных аппаратов Сергея Ляпунова, винглеты — это резерв, который можно использовать на последующих модификациях. Но в настоящее время характеристики и топливная эффективность в крейсерском полёте, которые даёт суперкритическое композитное крыло, достаточны для обеспечения требуемого уровня конкурентоспособности.

Примечание:

1. На фото в заголовке статьи показан концептуальный вид самолёта МС-21 в 2003-2005 годах. «Defense Technologies» 2005, №4, V.3, p.15 / (с) ОКБ им. А.С. Яковлева (https://www.yak.ru/ENG/FIRM/art_switch.php?art=6)
2. Данные по удлинению крыла различных типов самолётов собраны из Википедии и открытых источников в интернете по запросам в Яндексе «aspect ratio [модель самолёта]»

Андрей Величко

• 25.07.2016 До конца 2020 года холдинг «Технодинамика» разработает электроприводы для самолёта МС-21
• 20.07.2016 Авиастар-СП изготовил композитный кессон стабилизатора МС-21 для ресурсных испытаний
• 20.07.2016 ОАК уточнил возможную дату первого полёта МС-21
• 13.07.2016 Композитный кессон крыла самолёта МС-21 доставлен в ЦАГИ для прочностных испытаний

(34 оценок, среднее: 4,71 из 5)

Теги по теме: винглеты» МС-21

Что такое «шарклеты», новый самолет в Алматы и много авиационных фотографий

Как рождается самолет? Многие и многие заводы по всему миру делают для него миллионы деталей, от крупных элементов фюзеляжа, крыльев и двигателей до последнего винтика и заклепки. Потом все эти элементы собирают воедино – и происходит чудо. Тонны бездушного металла, пластика, проводов, резины и микросхем вдруг обретают возможность летать. Летать высоко, надежно и на огромные расстояния. Летать там, где недоступно птицам и так, как еще совсем недавно человек не мог и мечтать.

И вот, новый борт Эйр Астаны, получивший бортовой номер P4-KBB и собственное имя «Роза», первый в СНГ самолет с шарклетами, впервые поднимается в воздух с заводского аэродрома в Тулузе 17 апреля 2013 года. А 4 мая, после серии заводских испытаний, одним махом и без посадки преодолевает более 6 тысяч километров, отделяющих нас от родины Эйрбасов, чтобы поздним вечером, разрезая прожекторами и стробоскопами теплую весеннюю ночь, приземлиться в алматинском аэропорту, где его уже ждала многочисленная делегация споттеров и любителей авиации.

2.

И, совсем скоро, этот самолет, с экранов мониторов которого уже сняли защитные покрытия, а с пола – полиэтилен, примет на борт своих первых пассажиров. Салон наполнится смехом, голосами, детским плачем, в динамиках впервые прозвучит «добро пожаловать на борт самолета авиаРоза» плавно оторвается от земли и возьмет курс на один из аэродромов нашей страны. И всего через несколько часов кто-то сможет встретиться и обняться с любимыми, кто-то попадет на деловую встречу, кто-то вернется из путешествия домой… И, возможно, с улыбкой вспомнит свой полет на абсолютно новом самолете, полет, который станет частью истории авиакомпании.

3.

В ожидании прибытия нового самолета, у нас было достаточно много времени, чтобы понаблюдать за работой аэропорта и насладиться прекрасными видами. 4.

Весна – самое лучшее время года в нашем городе, все вокруг зеленое, свежее и красивое! Уже через месяц цветы завянут, трава пожелтеет, а воздух прогреется до некомфортной температуры. Но пока – наслаждаемся! 5.

Снимаем у возле взлетно-посадочной полосы. Фото Радомира Смакова. 6.

Прилетает Embraer-190, новинка флота Эйр Астаны 2011 года и звезда первого споттинга

. 7.

Этихад берет курс на жаркие и пустынные Арабские Эмираты 8.

А это – взлетает турецкий «грузовик» Airbus A330. 9.

Откуда-то прилетел один из моих любимых самолетов, грациозный и изящный Боинг 757 10.

Иногда и в нашем аэропорту бывает довольно оживленно 11.

А это наша компания в процессе фотоохоты 12.

Военные летчики тренируются полетам на транспортном Ан-72, многократно отрабатывая взлет и посадку. 13.

Ербол с Настей просматривают отснятые кадры 14.

Тем временем, мы направляемся в сторону терминала. По пути проезжаем стоянки самолетов, которые никогда больше не поднимутся в воздух. К сожалению, все в этом мире имеет свое начало и конец… Но если в других странах гордятся историей и берегут ее, создают авиационные музеи, то у нас на старые самолеты смотрят исключительно как на металлолом, который можно продать в Китай. 15.

Когда-то, много лет назад, они тоже сверкали свежей краской, отправляясь в свой первый рейс… 16.

Airbus A321 «Алия» готовится к рейсу в Москву. Стюардесса проверяет, все ли в порядке на кухне самолета, наземный персонал тем временем готовится загружать багаж. 17.

А мы в это время фотографируемся возле Боинга 757. Спасибо за фото Руслану Тимербаеву. 18.

Утром был ливень, а после обеда погода нас порадовала солнцем и живописными лужами, в которых так приятно ловить отражения 19.

20.

Дай споттеру свободу, так самолет разберет на части, перефотографирует, а потом, возможно, соберет обратно ))) 21.

Boeing 757 авиакомпании Скат, этот самолет используется для чартерных рейсов на морские курорты Азии. 22.

Ветеран советской авиации, Ту-134. Был основным региональным самолетом в 70е-80е годы. 23.

Fokker 100 новой казахстанской авиакомпании Bek Air. Летают в Астану, Уральск, Костанай, Актау и Атырау. 24.

Турецкий бизнес-джет Hawker Beechcraft 4000 25.

Ил-76 МЧС РК 26.

Пограничный Ан-26 27.

Airbus A321 28.

29.

Embraer 190 буксируется на запуск 30.

Еще один Ан-72. Кстати, самолеты этого типа используются при полетах на северный полюс, приземляясь там прямо на лед. Этому способствуют короткая длина разбега при взлете и высоко расположенные двигатели, в которые исключено засасывание посторонних предметов. 31.

Отличный вид на перрон, горы как визитная карточка не только аэропорта, но и всего города! 32.

Embraer 190 «Хиуаз» готовится к вылету в Чимкент 33.

Второй пилот приветствует споттеров 34.

А в кабине идет подготовка к полету 35.

В ангаре техцентра Эйр Астаны тем временем ни на секунду, ни днем, ни ночью, не прекращается работа по обслуживанию самолетов 36.

Тем временем наступает ночь, некоторые самолеты тихо засыпают. И мы, переполненные эмоциями насыщенного и интересного дня, тоже… 37.

38.

39.

Так совпало, что именно сегодня Эйр Астана отмечает 11 лет со дня своего первого рейса, который был совершен по маршруту Алматы – Астана 15 мая 2002 года. Хочется поздравить весь персонал авиакомпании и пожелать им успешного развития, новых маршрутов и новых самолетов. Не останавливайтесь на достигнутом, пусть ваш девиз From the heart of Eurasia увидят на всех континентах, на каждом берегу каждого моря!