Sedíte v terminálu, váš let má mírné zpoždění a vy si krátíte čas pozorováním letadel zaparkovaných za prosklenou stěnou.
Airbus A320 právě zaroloval k nástupní bráně. Na koncích jeho křídel se k obloze zvedají dvě velké plochy.
O kousek dál má jiné letadlo konce křídel mnohem nenápadnější. U Boeingu 737 vypadají téměř jako dvě čepele, jedna směřující nahoru a druhá dolů. A pak přijíždí další stroj… který nemá téměř nic z toho.
Na první pohled by se mohlo zdát, že jde jen o designovou záležitost.
Jakýsi estetický podpis, podle kterého lze letadlo poznat.
Ve skutečnosti tyto podivné tvary na koncích křídel řeší velmi konkrétní aerodynamický problém.
Obvykle se jim říká winglety.
A i když se zdají být ve srovnání s rozměry dopravního letadla nepatrné, jejich vliv může být natolik významný, že letecké společnosti umožní během životnosti stroje ušetřit značné množství paliva.
K čemu tedy winglety přesně slouží? Proč snižují spotřebu? Proč některá letadla mají obrovské winglety, zatímco jiná se bez nich zdánlivě obejdou?
Abychom to pochopili, musíme se podívat na něco, co téměř nikdy nevidíme: co dělá vzduch na konci křídla, když letadlo letí.
Co je to winglet?
Winglet je aerodynamická plocha umístěná na konci křídla.
Ve své nejrozpoznatelnější podobě vypadá jako malé, téměř svislé křídlo směřující k obloze.
Ale ne všechny winglety vypadají stejně.
Některé jsou prakticky svislé. Jiné jsou nakloněné směrem ven. Některé plynule přecházejí do tvaru křídla. Další mají dokonce část směřující dolů.
A některá letadla využívají zcela odlišnou filozofii: místo přidání malé svislé plochy inženýři jednoduše prodlouží křídlo směrem ven pomocí zúženého konce.
Právě proto se slovo „winglet“ někdy používá trochu nepřesně pro označení všech zařízení, která najdeme na koncích křídel.
Airbus například používá název Sharklet pro některá svá koncová zařízení, zatímco u Boeingu se setkáváme s blended winglety, Split Scimitar winglety nebo Advanced Technology winglety u modelu 737 MAX.
Jejich tvar se velmi liší.
Ale za všemi těmito zařízeními se skrývá v podstatě stejná posedlost:
učinit křídlo efektivnějším.
Abychom pochopili winglety, musíme nejprve pochopit, co se děje na konci křídla
Když letadlo letí, jeho křídla vytvářejí vztlak.
Aniž bychom zabíhali do kompletního kurzu aerodynamiky, stačí si zapamatovat, že mezi oběma stranami křídla existuje rozdíl v tlaku.
A uprostřed křídla vše funguje relativně dobře.
Problém nastává na jeho konci.
Skutečné křídlo není nekonečné.
Někde končí.
A když vzduch dorazí k tomuto konci, proudění je narušeno. Vzduch obtéká konec křídla a podílí se na vzniku vířivého pohybu.
Za letadlem se tak objevují silné víry, nazývané koncové víry.
Možná jste je už viděli, aniž byste věděli, na co se díváte.
Za určitých vlhkostních podmínek je možné zahlédnout jakousi vířivou stopu za konci křídel, zejména během vzletu nebo přistání.
Tyto víry nejsou jen efektní podívanou.
Představují také ztrátu účinnosti.
NASA vysvětluje, že víry vytvořené na koncích křídel přispívají k tomu, čemu se říká indukovaný odpor, tedy odpor spojený s produkcí vztlaku.
Jinými slovy, létání letadla má svou aerodynamickou cenu.
A právě tuto cenu se inženýři snaží snížit.
Skutečný nepřítel: indukovaný odpor
Když se letadlo pohybuje vzduchem, musí překonávat různé formy odporu.
Odpor si můžeme představit jako sílu, která se neustále snaží letadlo zpomalit.
Aby si letadlo udrželo rychlost, musí motory vyvinout dostatečný tah, aby tento odpor vykompenzovaly.
Čím větší je odpor, tím větší tah je třeba vyvinout.
A čím větší tah je třeba vyvinout, tím více paliva motory obvykle spotřebují.
Právě zde začíná těch několik centimetrů nebo metrů na konci křídla hrát velmi důležitou roli.
Indukovaný odpor přímo souvisí s produkcí vztlaku a trojrozměrnými jevy, které se objevují zejména kolem konců křídel.
Při velkém zjednodušení by se problém dal shrnout takto:
křídlo vytváří vztlak → vznikají víry → tyto víry přispívají k indukovanému odporu → tento odpor stojí energii.
Letečtí inženýři se proto již velmi dlouho snaží tyto ztráty omezit.
A jedním z řešení je právě zásah na konci křídla.
Jak tedy winglet skutečně funguje?
Winglet mění proudění vzduchu na konci křídla.
Jeho cílem není magicky nechat víry zmizet. Letadlo vybavené winglety samozřejmě nadále vytváří koncové víry.
Umožňuje však snížit jejich účinky a zlepšit celkovou aerodynamickou účinnost křídla.
NASA shrnuje princip poměrně jasně: správně navržený winglet snižuje intenzitu víru na konci křídla a tím pomáhá snižovat indukovaný odpor.
A zde se objevuje jeden z nejzajímavějších aspektů systému.
Winglet může křídlu umožnit využít větší efektivní aerodynamické rozpětí, aniž by vyžadoval přesně stejné zvětšení rozpětí jako prosté vodorovné prodloužení.
To je důležité, protože delší křídlo je také vynikajícím způsobem, jak snížit indukovaný odpor.
Okamžitě se tedy nabízí otázka.
Proč prostě nevyrobit obrovská křídla?
Proč nevyrobit mnohem delší křídla?
Z čistě aerodynamického hlediska jsou dlouhá a štíhlá křídla velmi zajímavá.
Stačí se podívat na větroň.
Jeho křídla vypadají někdy nekonečně.
To samozřejmě není náhoda.
Čím větší je štíhlost křídla, tím více lze snížit indukovaný odpor. NASA ostatně připomíná, že ten klesá s rostoucí štíhlostí.
Proč tedy Airbus A320 nebo Boeing 737 nemá prostě křídla jako větroň?
Protože letadlo nežije jen na obloze.
Musí fungovat také… na letišti.
Představte si na okamžik, že bychom plošně zvětšili rozpětí všech dopravních letadel o několik metrů.
Některá by se už nevešla správně na svá parkovací stání.
Vzdálenosti mezi stroji by se musely změnit.
Některé pojížděcí dráhy by se staly příliš úzkými.
Infrastruktura by se musela přizpůsobit.
A čím delší je křídlo, tím více se mohou měnit i strukturální nároky.
Křídlo není jen lehká deska připevněná k trupu. Nese značné zatížení a u mnoha dopravních letadel obsahuje významnou část paliva.
Zvětšení rozpětí tedy znamená zohlednit hmotnost, strukturu, ohybové namáhání, aerodynamiku a provozní omezení na zemi.
Winglet se tak stává jakýmsi elegantním kompromisem.
Snaží se získat část výhod efektivnějšího křídla, aniž by se tolik zvětšily jeho vodorovné rozměry.
Pár procent paliva… je to opravdu důležité?
Možná právě zde začínají být winglety nejpůsobivější.
Předpokládejme, že úprava umožní ušetřit jen několik procent paliva.
V měřítku vašeho osobního auta to může znít zajímavě, ale ne revolučně.
V měřítku dopravního letadla je výpočet úplně jiný.
Komerční stroj může nalétat několik tisíc hodin ročně.
A pak začít znovu další rok.
A další rok.
Někdy po dobu dvou desetiletí nebo déle.
Vynásobte to pak desítkami, nebo dokonce stovkami letadel ve flotile.
Najednou se úspora několika procent stává obrovskou.
Airbus například uvádí, že jeho Sharklety mohou přinést 4 % nebo více úspory paliva u některých aplikací v rodině A320.
Společnost Aviation Partners Boeing zase u svých Blended Wingletů oznamuje zisky dosahující několika procent podle typu mise, se zlepšením spotřeby paliva při cestovní rychlosti až o přibližně 6 % za určitých podmínek.
Tato čísla samozřejmě nelze paušálně aplikovat na všechna letadla, všechny trasy a všechny typy wingletů.
Ukazují však jasně, proč se o ně společnosti tak zajímají.
Pro leteckou společnost není winglet jen pěkný díl na konci křídla.
Je to potenciálně palivo, které nemusí být zakoupeno během tisíců letů.
Proč mají winglety tak odlišné tvary?
Nyní, když známe jejich roli, vyvstává další otázka.
Pokud princip funguje, proč inženýři nedají na všechna letadla úplně stejný winglet?
Protože v letectví řešení, které perfektně funguje na jednom stroji, může být na jiném mnohem méně zajímavé.
Křídlo Boeingu 737 nebylo navrženo jako křídlo Airbusu A350.
Rychlosti, hmotnosti, struktura, rozpětí, šípovitost, profil křídla a plánované mise nejsou úplně stejné.
Koncové zařízení tedy musí být přizpůsobeno celému letadlu.
Klasické winglety
První snadno rozpoznatelné modely jsou obvykle poměrně svislé plochy.
Boeing 747-400 je pravděpodobně jedním z nejslavnějších příkladů.
Pokud porovnáte 747-400 s některými staršími 747, malé plochy vztyčené na koncích křídel okamžitě bijí do očí.
Blended winglety
Princip blended wingletu spočívá zejména v tom, že přechod mezi křídlem a wingletem je mnohem plynulejší.
Místo dojmu, že malé svislé křídlo bylo prostě přilepeno na konec, se oba tvary spojují s jemným zakřivením.
Najdeme je zejména u mnoha Boeingů 737 předchozích generací.
Aviation Partners Boeing vysvětluje, že tato plynulá integrace pomáhá snižovat odpor a zlepšovat výkon.
Sharklety od Airbusu
Pokud létáte pravidelně, pravděpodobně jste je už viděli.
Sharklety jsou velké zahnuté konce křídel, které najdeme zejména u mnoha strojů rodiny A320.
Dodávají letadlu okamžitě modernější vzhled, ale jejich hlavní přínos je především aerodynamický.
Airbus uvádí, že zvyšují efektivní rozpětí křídla a snižují indukovaný odpor.
Split Scimitar a další dvojité winglety
A pak existují winglety, které jako by se rozhodly, že jedna plocha už nestačí.
U některých Boeingů 737 si všimneme velké části směřující nahoru doprovázené druhou, menší koncovou částí směřující dolů.
To je zejména případ Split Scimitar Wingletů.
Tvar je velkolepý, téměř agresivní, ale i zde odpovídá snaze o optimalizaci proudění.
737 MAX a jeho Advanced Technology Winglety
Boeing 737 MAX posouvá tuto logiku ještě dále s velmi rozpoznatelným zařízením obsahujícím dvě plochy.
Boeing vysvětluje, že tento systém zvyšuje vztlak a efektivní rozpětí při současném snížení odporu, přičemž zisk ve spotřebě připisovaný wingletu může dosáhnout přibližně 2 %.
A co letadla, která nemají svislé winglety?
Právě zde se téma stává obzvláště zajímavým.
Protože po přečtení toho všeho by si člověk mohl myslet:
„Dobře. Pokud jsou winglety tak účinné, všechna letadla by je měla mít.“
A přesto tomu tak není.
Podívejte se například na některá moderní letadla: jejich konec křídla může být velmi dlouhý a zúžený, aniž by tvořil velký svislý přívěsek, se kterým si obvykle spojujeme slovo winglet.
Není to proto, že by na to jejich inženýři zapomněli.
Je to prostě proto, že existuje několik způsobů, jak k problému přistoupit.
Můžete použít winglet.
Můžete zvětšit štíhlost křídla.
Můžete použít zúžený a prodloužený konec, často nazývaný raked wingtip.
Můžete také od začátku navrhnout křídlo, jehož celá geometrie je optimalizována pro snížení ztrát.
A to je zásadní bod.
Winglet není magický díl, který musíme bezpodmínečně přidat ke každému letadlu.
Jde o jedno z mnoha řešení.
Winglet má také nevýhody
Pokud by winglety měly jen výhody, otázka by byla rychle vyřešena.
Instalovali bychom je všude.
Ale přidání plochy na konec křídla také zvyšuje hmotnost a mění zatížení, které musí struktura nést.
Vezměme si obzvláště názorný příklad.
Aviation Partners Boeing uvádí, že instalace wingletů na Boeing 757-200 zahrnuje nejen hmotnost samotných wingletů, ale také hmotnost souvisejících strukturálních úprav.
To jasně ukazuje, že operace nespočívá v tom, že vezmete kus karbonu, přišroubujete ho na konec křídla a poletíte.
Když winglet vytváří dodatečné aerodynamické síly na konci křídla, musí být tyto přeneseny do celé struktury.
Je tedy nutné vypočítat zatížení.
Zesílit některé části, kde je to nutné.
Testovat.
Certifikovat.
A ověřit, že získaný přínos převyšuje náklady na hmotnost, složitost a údržbu.
Špatně navržený winglet by mohl dokonce působit kontraproduktivně tím, že přidá více odporu, než kolik ušetří.
Otázka tedy nikdy nezní:
„Můžeme nainstalovat co největší winglet?“
Ale:
„Jaký tvar dává nejlepší kompromis pro toto konkrétní letadlo?“
Lze přidat winglety na starší letadlo?
Ano, a právě to dělá téma ekonomicky zajímavým.
Některá letadla obdržela winglety, i když je při výstupu z továrny neměla.
Mluvíme pak o retrofitu.
Představte si společnost provozující stroj, který má před sebou ještě deset nebo patnáct let kariéry.
Úprava několika letadel představuje samozřejmě významnou investici.
Ale pokud tato úprava dostatečně sníží spotřebu při každém letu, výpočet se může z dlouhodobého hlediska vyplatit.
Jednorázový výdaj dnes může umožnit ušetřit palivo během tisíců letových hodin.
Proto jsme v průběhu let viděli mnoho Boeingů 737, 757 nebo 767, které obdržely různé systémy wingletů.
Ale znovu: nelze nainstalovat cokoli na jakékoli letadlo.
Struktura musí být schopna nést nové zatížení a úprava musí být studována a certifikována.
Odstraňují winglety víry za letadlem?
Ne.
A to je poměrně častý omyl.
Protože winglety snižují účinky spojené s víry na koncích křídel, mohli bychom si představit, že letadlo vybavené winglety za sebou téměř nevytváří turbulence.
To by bylo značně přehnané.
Letadlo produkující vztlak nadále generuje cirkulaci a víry v brázdě.
Airbus A380 se tedy nestane náhle neškodným pro malé letadlo, které by ho následovalo, jen proto, že má optimalizované konce křídel.
Postupy pro rozestupy mezi stroji zůstávají nezbytné.
Winglety jsou navrženy především pro zlepšení aerodynamické účinnosti letadla, které je nese.
Slouží winglety pouze k úspoře paliva?
Spotřeba je obvykle přínos, o kterém se mluví nejvíce.
Ze zřejmého důvodu: palivo představuje pro společnost značný výdaj.
Ale snížení odporu může přinést i další výhody.
Pokud letadlo spotřebuje méně paliva na překonání určité vzdálenosti, může to zlepšit jeho dolet nebo schopnost přepravit daný náklad.
Některé konfigurace mohou také nabídnout lepší výkon za specifických podmínek vzletu.
Aviation Partners Boeing uvádí například možná zlepšení výkonu, doletu a nosnosti podle typu letadla a mise.
A přirozeně, spálení menšího množství paliva znamená také produkci menšího množství CO₂ pro splnění ekvivalentní mise.
Znovu, winglet sám o sobě letadlo radikálně nepromění.
Ale v komerčním letectví je hromadění malých zlepšení právě jedním z nejúčinnějších způsobů, jak posouvat výkon vpřed.
Odkud pocházejí moderní winglety?
Myšlenka zlepšení konců křídel není nová.
Inženýři pracují na problému indukovaného odporu již velmi dlouho.
Ale vývoj moderního wingletu je spojen zejména s americkým inženýrem Richardem Whitcombem, který pracoval ve výzkumném středisku Langley v NASA.
V polovině 70. let Whitcomb studoval a testoval různé konfigurace téměř svislých ploch umístěných na koncích křídel.
NASA uvádí, že jeho výzkum byl ovlivněn zejména pozorováním aerodynamického chování konců křídel u plachtících ptáků.
Byly provedeny zkoušky v aerodynamickém tunelu a poté byl koncept testován za letu.
Na konci 70. let tak upravený KC-135 létal s působivými experimentálními winglety.
Zkoušky tehdy ukázaly měřitelné snížení odporu, což potvrdilo, že nápad nebyl jen elegantní na papíře.
O několik desetiletí později stačí rozhlédnout se na jakémkoli velkém letišti, abychom změřili, jak daleko jsme se dostali.
Proč nemají všechna nová letadla obří winglety?
Protože budoucnost křídla pravděpodobně nespočívá v přidávání stále větších svislých ploch.
Pokroky v oblasti kompozitních materiálů a aerodynamických výpočtů dnes umožňují navrhovat křídla mnohem štíhlejší, delší a sofistikovanější.
Výrobci se snaží zlepšit celé křídlo spíše než jen jednu malou zónu.
Moderní stroje ostatně ukazují několik různých filozofií.
U některých zůstává winglet velmi viditelný.
U jiných se zdá, že konec křídla přirozeně přechází do extrémně propracovaného zakřivení.
A u budoucích letadel by křídla mohla být ještě delší.
Výzva bude vždy stejná: získat maximum účinnosti, aniž by se ze stroje stala strukturální noční můra nebo letadlo, které nelze zaparkovat na stávajících letištích.
To je nakonec celý příběh leteckého inženýrství.
Neustálý kompromis.
Winglet nebo delší křídlo: které řešení je lepší?
Neexistuje univerzální odpověď.
Delší křídlo může být extrémně účinné pro snížení indukovaného odporu.
Winglet může přinést část této výhody při současném omezení zvětšení rozpětí.
Zúžený konec může být vhodnější pro jiné letadlo.
A zcela nové křídlo může umožnit kombinaci několika řešení.
Vše závisí na misi stroje.
Regionální letadlo provádějící několik vzletů a přistání každý den nemá přesně stejné nároky jako dálkový letoun trávící čtrnáct hodin v cestovní hladině.
Letadlo, které musí využívat malá letiště, nemá stejné nároky na rozpětí jako stroj navržený výhradně pro velké mezinárodní uzly.
Proto mohou mít dvě letadla postavená ve stejné době úplně odlišné konce křídel…
přičemž obě jsou perfektně optimalizovaná pro to, co se od nich vyžaduje.
📖 Články, které by vás mohly zajímat
Chcete se dozvědět ještě více o fungování letadel? Zde je několik doplňujících článků pro pokračování vašeho objevování letectví:
-
Jak může tak těžké letadlo létat? — vztlak, rychlost, tvar křídel… jednoduché vysvětlení, jak mohou stovky tun opustit zem.
-
Proč letadla létají tak vysoko? — spotřeba, počasí, výkon motorů: zjistěte, proč se dopravní letadla obvykle pohybují kolem 10 000 metrů nadmořské výšky.
-
Proč letadla zanechávají bílé stopy? — pochopte, jak vznikají kondenzační stopy viditelné za některými letadly.
✈️ Doporučené produkty
Máte rádi svět letectví do nejmenších detailů? Zde je několik kolekcí k objevování pro prohloubení vášně i mimo čtení:
-
Model letadla — najděte výběr zmenšených modelů inspirovaných nejikoničtějšími dopravními letadly.
-
Klíčenka letadlo — malý letecký dotek, který můžete mít každý den u sebe, ideální pro fanoušky kokpitů a cestování.
-
Letecké brýle — velká klasika inspirovaná leteckým světem s tímto okamžitě rozpoznatelným stylem.
Závěr: tyto malé konce křídel zdaleka nejsou dekorativní
Až budete příště sedět u okénka, podívejte se na konec křídla.
Tato malá plocha, která stoupá k obloze, se zdá téměř bezvýznamná ve srovnání s desítkami metrů rozpětí letadla.
Přesto docela dobře vypovídá o tom, jak funguje moderní letectví.
Inženýři nehledají nutně velkolepou revoluci.
Někdy se snaží ušetřit pár procent tady.
Pár kilogramů tam.
Trochu méně odporu.
O něco lehčí strukturu.
O něco účinnější motor.
Vzato odděleně, každý z těchto pokroků může znít téměř anekdoticky.
Ale vynásobte několik procent paliva několika lety každý den, stovkami letadel a dvaceti lety provozu…
a malý aerodynamický detail umístěný na konci křídla začne náhle velmi těžce vážit.
Winglety tu tedy nejsou proto, aby letadlům dodaly moderní vzhled.
Jsou výsledkem problému, který se inženýři snaží vyřešit od počátků letectví:
jak vyprodukovat vztlak, který potřebujeme, a přitom vyplýtvat co nejméně energie?
A to je pravděpodobně to, co je dělá tak zajímavými.
Protože za tímto malým dílem, kterého si většina cestujících ani nevšimne, se skrývají desetiletí výzkumů, výpočtů, testů v aerodynamických tunelech a kompromisů.
Až budete příště pozorovat několik letadel seřazených před terminálem, zkuste porovnat jejich konce křídel.
Uvidíte winglety.
Sharklety.
Dvojité plochy.
Zúžené konce křídel.
A někdy téměř nic.
Velmi odlišná řešení…
pro aerodynamický problém starý jako letectví samo.
🎬 Pro další informace: k čemu winglety skutečně slouží?
Nyní jste pochopili, proč jsou tyto malé plochy na koncích křídel mnohem důležitější, než vypadají. Pro ještě lepší vizualizaci jejich fungování a role při snižování odporu je zde video, které princip shrnuje.
FAQ: vše o wingletech
K čemu slouží winglety letadla?
Winglety zlepšují aerodynamickou účinnost křídla, zejména snížením účinků spojených s víry na koncích křídel a indukovaným odporem. To může umožnit snížení spotřeby paliva a zlepšení některých výkonů.
Proč jsou winglety orientovány směrem nahoru?
Tato orientace umožňuje zařízení působit na proudění vzduchu na konci křídla, aniž by vyžadovalo stejné zvětšení rozpětí jako zcela vodorovné prodloužení.
Opravdu winglety šetří palivo?
Ano. Zisk však velmi závisí na typu letadla, zařízení a misi. Airbus například oznamuje úspory dosahující přibližně 4 % nebo více u některých Sharkletů rodiny A320.
Jaký je rozdíl mezi wingletem a Sharkletem?
Sharklet je název používaný Airbusem pro některá jeho koncová zařízení křídla. Obecný princip zůstává blízký principu wingletu: zlepšit aerodynamickou účinnost a snížit odpor.
Proč mají některé Boeingy 737 dvě plochy na konci křídla?
Některé používají Split Scimitar Winglety nebo, u 737 MAX, Advanced Technology Winglety. Jejich geometrie umožňuje efektivněji využít proudění kolem konce křídla.
Proč některá letadla nemají winglety?
Protože winglet není jediný způsob, jak snížit indukovaný odpor. Delší křídlo, odlišná geometrie nebo zúžený konec mohou dosáhnout podobného výsledku nebo výsledku vhodnějšího pro nároky stroje.
Lze přidat winglety na starší letadlo?
Ano, některé stroje mají programy retrofitu. Ale úprava vyžaduje aerodynamickou a strukturální studii a odpovídající certifikaci.
Odstraňují winglety turbulence v brázdě?
Ne. Mohou snížit některé účinky vírů, ale letadlo produkující vztlak nadále generuje turbulentní brázdu.
