Мой друг Василий Самокатов

Веду телеграмм канал Короли и капуста - про новости авиации, необычные летательные аппараты, политику и ценообразование.

«Почему у вас не делают эти модные штучки на концах крыла?»

Меня не раз с ехидцей спрашивали - «если вы такие умные, почему строем не ходите не делаете такие штуки на концах крыла, которые есть на западных самолётах? Всё понятно, не умеете, криворукие ватники.»

Раз постоянно спрашивают - нужно пояснить. Прочность у самолёта - вещь сложная и неоднозначная. Её можно рассчитать, но насколько результат расчёта совпадёт с реальностью неизвестно. Поэтому в обязательном порядке проводят прочностные испытания.

Когда-то эти испытания проводили собственными задами…

Прошло время, испытания стали строго регламентированы. Сейчас проводят две вида испытаний - на статику и на ресурс. При статических испытаниях нагрузка на элементы планера превышает эксплуатационную в 1,5 раза. Конструкция должна выдержать такую нагрузку 3 секунды.

Если конструкция разрушается до того, как предел будет достигнут - её усиливают. Если же прочность превысила расчётную, то ничего с этим уже не делают. Но такое превышение означает, что планер излишне прочный, а, значит, тяжелее, чем мог бы быть.

Как можно использовать эту излишнюю прочность? Можно было бы увеличить удлинение, но это значит заново перепроектировать крыло.

Вот для того, чтобы исправить такую ситуацию и возникла идея использовать дополнительные законцовки крыла - винглеты, которые подгружают крыло на некоторую величину.

Именно это сделали на Boeing-747 в 1985 году.

Винглеты на Boeing-747-400.

Новинка привела к ожидаемому эффекту - подняла топливную эффективность на 2-4%.

После этого винглеты начали активно использовать для улучшения крыльев магистральных самолётов. В частности, они были установлены на ТУ-204 и Ил-96 (что, в частности, доказывает, что никаких сакральных знаний в этой конструкции нет).

Ил-96.

Понятно, что чем больше винглет, тем большую дополнительную нагрузку он добавит крылу. И, значит, тем больший лишний запас прочности заложили в него конструкторы, тем больше они ошиблись изначально.

Можно с этой точки зрения сравнить винглеты B-737NG и A-320.

Винглет B-737NG.

Винглет A-320 2009 года.

До 2009 года на A-320 вообще не ставили винглеты. Да и установленный в 2009 отличался очень маленькими размерами. Видно, кто точнее сконструировал крыло.

Между тем обе компании разработали новые модели, B-737 MAX и A-320 NEO, соответственно. И та, и другая компания сделали ставку на новые двигатели. Геометрия крыла при этом у них осталась та же, но это не значит, что внутренняя конструкция не изменилась. В новой конструкции удалось найти резервы по прочности, которые позволили увеличить винглеты и получить лучшую топливную эффективность.

A-320 NEO - размеры винглета выросли.

Боинг же в аналогичной ситуации увеличивать размеры было вроде бы некуда - и они сделал два винглета - вверх и вниз.

Винглеты B737MAX.

Какие же винглеты самые хорошие?

1. Лучше всего - когда винглетов нет. Когда крыло имеет бесконечное удлинение, либо, хотя бы, удлинение очень большое, как Туполев планировал сделать на своих гигантских самолётах.

АНТ-26.

2. Если есть преграды сделать длинное крыло (например, оно по длине не подходит ангарам и прочей аэродромной инфраструктуре) - есть вариант, когда законцовка поднимается на земле, но становится продолжением крыла в полёте. Такое решение реализовано на B-777X.

Законцовка B-777X.

3. Если всё-таки есть запас прочности, выявленный в ходе расчётов, статических и ресурсных испытаний - лучше использовать законцовку, которая является продолжением крыла в горизонтальном направлении. Это даёт примерно в два раза больший выигрыш в аэродинамике, чем вертикальная законцовка и не создаёт проблем при боковом ветре. Такое решение можно увидеть на B787 Dreamliner и Суперджете.

B787 Dreamliner.

Суперджет с законцовками крыла (саблетами).

4. Если уж не получилось сделать чего-нибудь из перечисленного, то можно применить и вертикальные законцовки. Но даже если есть запас прочности - не обязательно ставить их на любой самолёт. Заметный эффект наблюдается для самолетов, летающих на протяженных трассах и длительное время находящихся в режиме крейсерского полета. Для самолетов местных линий крейсерский режим составляет меньшую долю времени полёта. Для них потери могут оказаться ощутимей выигрыша, поэтому винглеты на них, как правило, не устанавливаются. Китайцы, впрочем, поставили винглеты на свой вариант Ан-24 (Y-7-100).

Y-7-100.

Впрочем, китайцы известны тем, что берут у всех разные идеи и смешивают их в одной конструкции, не особо заботясь о их совместимости.

Будут ли законцовки на МС-21? Нет, даже если выявится, что есть резерв прочности. Размах крыла МС-21-300 - 36 метров, предельный для того, класса аэродромов, для которого он предназначен. МС-21-400 предназначен для аэродромов более высокого класса. Если обнаружатся резервы по прочности, либо если крыло будет переконструировано с повышением прочности - законцовки на МС-21-400 будут поставлены. Скорее всего это будет что-то вроде саблет Суперджета. Впрочем, МС-21-400 пока и не начинали строить.

Но в целом заблуждений по поводу винглетов гораздо больше, в том числе и среди людей, получивших профильное образование. Суммирую смысл этой статьи:

1. Винглеты НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ для предотвращения отрыва потока.

2. Винглеты предназначены для снижения индуктивного сопротивления.

3. Смысл статьи не в том, что крыло от винглетов получает избыточную прочность, а в том, что избыточная прочность (раз уж она есть) позволяет установить винглеты, не выводя конструкцию за ограничение по прочности.

4. Вертикальные законцовки менее оптимальны с точки зрения снижения индуктивного сопротивления, чем горизонтальные.

5. Конструкция винглетов (и вообще необходимость их использования) определяется компромиссом между рядом параметров: ожидаемом снижении индуктивного сопротивления, дополнительном сопротивлении трения, прочности крыла, ограничением размаха крыла по условиям базирования.