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Winglet

Winglets bzw. Sharklets (Bezeichnung für Winglets bei Airbus) sind meistens nach oben und seltener nach oben und unten verlängerte Außenflügel an den Enden der Tragflächen von Luftfahrzeugen. Sie sorgen für eine bessere Seitenstabilität, verringern den induzierten Luftwiderstand und verbessern so den Gleitwinkel sowie die Steigzahl bei niedriger Geschwindigkeit.

Inhaltsverzeichnis

Funktion


Winglets erhöhen die Streckung einer Tragfläche, ohne die Spannweite zu vergrößern. Dies bringt

ohne durch Spannweiten-Vergrößerung Einschränkungen bei der Handhabung am Boden und größere Biegemomente an der Tragflächenwurzel in Kauf nehmen zu müssen.

Nachteilig wirkt sich aus

Bei der Auftriebserzeugung durch Tragflächen endlicher Streckung bilden sich durch den Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite Wirbel, aus denen im Tragflächenaußenbereich Wirbelschleppen entstehen. Die Luft strömt von der Unterseite der Tragflächen, wo Überdruck vorliegt, um die Tragflächenenden herum nach oben, wo Unterdruck herrscht. Die Wirbel sind bei positiver Tragflächenpfeilung an der Tragflächenspitze am stärksten und rollen sich (je nach Flugzustand) zu einem Randwirbel auf. Die Wirbel induzieren am Ort der Tragfläche eine abwärts gerichtete Kraft, wodurch ein induzierter Luftwiderstand entsteht. Winglets reduzieren nun den Einfluss dieser Wirbel, indem sie den Randwirbel zerteilen (ein Teil geht am Tragflächen-Winglet-Übergang ab, ein Teil an der Wingletspitze) und durch ihre Profilgebung nach außen ablenken. Die Gesamtstärke der Wirbel bleibt dabei gleich, da sie direkt mit der Erzeugung vom Auftrieb verbunden ist. Die gewünschte Reduzierung des Luftwiderstands rührt am Ende daher, dass die Tragfläche besser ausgenutzt wird und effizienter arbeiten kann. Ein mit Winglets ausgerüstetes Flugzeug kann (im Vergleich zu einem mit identischer Tragfläche ohne Winglet) bei gegebenem Gewicht und Geschwindigkeit mit einem geringeren Anstellwinkel operieren, weil die Tragflächenenden mehr Auftrieb erzeugen, so wird der induzierte Widerstand verringert.

Winglets müssen für jeden Flugzeugtyp unter Berücksichtigung der Tragflügelfläche und der voraussichtlichen Fluggeschwindigkeiten angepasst werden. Zum Beispiel entwickelt die zusätzlich umströmte Fläche bei hohen Geschwindigkeiten mehr zusätzlichen Reibungs- und Druckwiderstand, als sie an induziertem Luftwiderstand einspart.

Winglets führen zu einem gewissen Anstieg der Flugzeug-Leermasse. Wenn man ein Flugzeug mit Winglets nachrüsten will, entstehen Kosten für die Installation. Früher lohnte sich ein Anbau nicht immer; angesichts des hohen Ölpreises ist der Break-even-Point heute relativ schnell erreicht.

Nach Angaben von Boeing kann durch den Einsatz von Winglets der Kraftstoffverbrauch um drei bis fünf Prozent gesenkt werden.[1][2]

Die bislang größten Winglets finden sich mit 3,45 Metern Höhe bei der Boeing 767-300ER. Die Wingtip Fences des Airbus A380-800 haben eine Höhe von 2,30 Meter.

Die Beschädigung, der Verlust oder die Demontage eines Winglets kann prinzipiell über eine veränderte Trimmung kompensiert werden.

Winglets vs. Vergrößerung der Spannweite

Anders als oft angenommen bringen die Winglets im Vergleich mit einer gleich großen Erweiterung der Spannweite keine aerodynamischen Vorteile. Würde man die Winglets nach außen klappen, so hätte das Flugzeug einen besseren Gleitwinkel und einen geringeren Treibstoffverbrauch.[3]

Eine Vergrößerung der Spannweite bringt jedoch folgende Nachteile:

Winglets werden häufiger bei Flugzeugen eingebaut oder nachgerüstet, welche die maximale Spannweite einer bestimmten Klasse schon erreicht haben[3], wie zum Beispiel Segelflugzeuge mit 15 m oder 18 m Spannweite sowie Fracht- und Passagierflugzeuge mit Spannweite von

Geschichte


Die Auftriebsverluste durch eine Umströmung der Tragflächenrandbögen waren schon seit langem bekannt. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden beispielsweise an einigen STOL-Flugzeugen Versuche mit Flügelendscheiben unternommen, die meist nur aus einem Blech bestanden (z. B. PZL-101). Diese standen rundum einige Zentimeter über das Flügelendprofil hinaus und erschwerten so dessen Umströmung. Ähnliche Effekte erhoffte man sich auch von sogenannten Randkeulen wie beispielsweise an der Let L-13, die auch als Tragflächenspitzentanks verwendet wurden.

Obgleich von stark vereinfachter Geometrie, sind moderne Winglets den Flügelspitzen bestimmter Vogelarten nachempfunden. Lange Schwungfedern, die fächerförmig und in der Höhe gestaffelt gespreizt werden, sorgen insbesondere bei Greifvögeln für bessere Langsamflugeigenschaften. Louis B. Gratzer nannte diese nach oben gebogenen Enden dann Winglets. Er war Aerodynamik-Chef bei Boeing, untersuchte die Aerodynamik der Flügel bei Vögeln und bemerkte die Ähnlichkeiten (siehe auch Bionik).

Winglets sind keine moderne Erfindung. Die Grundidee der Winglets wurde sogar schon 1897 von Frederick W. Lanchester zum Patent angemeldet; es gab vor dem Zweiten Weltkrieg Fluggeräte mit wingletartigen Flügelendstücken. Im Zweiten Weltkrieg fanden sie erstmals unter der Bezeichnung „Henschelohren“ in der Serie Verwendung (Heinkel He 162), wo sie entgegen der heute üblichen Bauweise nach unten abgeknickt waren.

Die Ölkrise zu Beginn der 1970er-Jahre bewog die NASA, sich dieser alten Patente wieder anzunehmen und sie zu verbessern.

Im Passagierflugzeugbau eingeführt wurden die Winglets von Airbus bei der A310-300 in Form kleiner Tragflächenendscheiben (sogenannter „Wingtip Fences“).[4] Im Gegensatz zu diesen ursprünglichen Endscheiben an den Tragflächen weisen heutige Winglets häufig spezielle Profile auf, was die gewünschten Effekte deutlich verbessern kann. Bei den Tragflächenspitzen der A380 wurde jedoch wiederum auf Wingtip Fences ähnlich denen der A310-300 zurückgegriffen, da neuere Winglet-Entwürfe die Spannweite auf ein für Verkehrsflughäfen nicht geeignetes Maß vergrößert hätten.

Um 1980 begannen einige Hersteller von Hängegleitern, diese mit Winglets auszustatten.[5] Ein Hersteller testete sogar „Wings mit aufgefiederten Schwingen“.[6]

Ausführungen


Es gibt verschiedene Winglet-Ausführungen und -Konstruktionen, die im Folgenden in einer Übersicht mit Beispielen dargestellt werden.

Der Übergang von wingtip fences zu konventionellen Tragflügelendscheiben (engl.: endplate) ist fließend. Bei schwanzlosen Flugzeugen können Endscheiben auch die Funktion des Seitenleitwerks übernehmen.

Andere Anwendungen


Es finden sich Winglets auch an Rotorblättern mancher Windkraftanlagen.

Unterschallmilitärflugzeuge können wie Passagierflugzeuge von Winglets profitieren, weshalb manche neuere Typen mit ihnen ab Werk ausgerüstet wurden. Überschallschnelle Flugzeuge wie Düsenjäger verwenden allerdings keine Winglets.

Für die ab Mitte der 2000er-Jahre auf den Seitenkästen angebrachten Zusatzflügel in der Formel 1 wird ebenfalls die Bezeichnung „Winglet“ verwendet.[12]

Literatur


Weblinks


 Commons: Winglets  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise


  1. Neue Winglets für Boeing 737-800: 3–5 % weniger Kraftstoff bedeuten Entlastung für die Umwelt (Memento vom 23. Oktober 2008 im Internet Archive), Pressemitteilung von Boeing vom 20. Februar 2000.
  2. Blended Winglets Improve Performance. In: AERO Magazin Nr. 3, 2009 von Boeing.
  3. a b Is a winglet better than an equal span extension? 18. März 2016.
  4. Helmut Kreuzer: Jetliner, von der Comet zum Airbus A 321. Air Gallery Verlag, Ratingen 1991, ISBN 3-9802101-4-6.
  5. z. B. Jos Guggenmos aus Kempten im Allgäu das Modell „Wings“.
  6. Objekt 9464/01: Hängegleiter: Wings mit aufgefiederten Schwingen im Otto-Lilienthal-Museum Anklam.
  7. Information zu Sharklets auf airbus.com (Memento vom 17. Februar 2014 im Internet Archive), abgerufen am 29. Januar 2011.
  8. United Moves Forward with 757 Scimitar Winglets Installation. In: airlinegeeks.com. 27. Oktober 2016, abgerufen am 20. Dezember 2016 (englisch).
  9. Artikel auf b737.org.uk , abgerufen am 13. September 2015.
  10. 737 MAX AT Winglet. In: Boeing.com. Abgerufen am 1. März 2017 (englisch).
  11. A380plus: Super-Winglets für den Super-Airbus. In: aero.de. 18. Juni 2017, abgerufen am 19. Juni 2017.
  12. F1 Aerodynamiklexikon: Von der Airbox bis zum Winglet. Bild 28 von 31. auto-motor-und-sport.de, 24. März 2009, abgerufen am 27. September 2015.



Kategorien: Bionik | Luftfahrttechnik



Quelle: Wikipedia - https://de.wikipedia.org/wiki/Winglet (Autoren [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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