¿Es mejor un winglet que una extensión de igual envergadura?

Question

¿Es mejor un winglet que una extensión de igual envergadura?

Aviación
aerodinámica
aeronave-rendimiento

Peter Kämpf

¿Existe evidencia indiscutible de que un winglet mejora el rendimiento en una extensión de igual envergadura? Tenga en cuenta: solo estoy interesado en las mejoras de L/D.

Los Winglets mejoran el rendimiento de balanceo, eso no es lo que estoy buscando. Además, si la envergadura está restringida, los winglets mejoran la L/D sobre las alas rectas. De nuevo, eso no es lo que estoy buscando.

Boeing y Airbus utilizan elegantes diseños de puntas de alas para demostrar la sofisticación tecnológica y hacer afirmaciones que suenan increíbles sobre ellos. Este no es el tipo de prueba que pido. ¿Existe evidencia teórica o práctica que compare winglets con extensiones de tramo de igual superficie mojada que muestre que el winglet produce mejores valores de L/D en cualquier punto de la polar?

Puntos de bonificación para una comparación de la sustentación neta con la comparación de arrastre, por lo que el impacto estructural tanto de la extensión del ala como del alerón se resta de la sustentación generada. Esta debería ser la forma más justa de comparar ambos, pero parece que dicha investigación no se publica en absoluto.

fanático del trinquete

¿Le creerías a la NASA ?

Peter Kämpf

@ratchetfreak: Sí, si las comparan con extensiones de igual amplitud, lo cual no ocurre en la página vinculada.

DeltaLima

¿Puedo argumentar que no debe centrarse solo en L / D, sino que también debe tener en cuenta el peso de la construcción? Mi sensación es que una extensión del mismo tramo generaría un momento de flexión mayor en la base del ala, lo que requeriría una construcción más pesada. Lo que debe comparar es el "L neto"/D, que es la sustentación aerodinámica menos el peso de la construcción del ala dividido por la resistencia. Eso da una comparación justa.

Peter Kämpf

@DeltaLima: Sí, tiene toda la razón. Pero ya es bastante difícil encontrar una comparación aerodinámica justa. Todos los trabajos miran el winglet en comparación con el ala desnuda, sin extensión. Por eso quería reducir la complejidad del problema.

jyendo

e incluso si no fueran "mejores" para algunas aeronaves, aumentar la envergadura del ala no es una opción, ya que significaría que no cabrían en las calles de rodaje y los lugares de estacionamiento.

Respuestas (5)

¿Es mejor un winglet que una extensión de igual envergadura?

@ratchetfreak: Sí, si las comparan con extensiones de igual amplitud, lo cual no ocurre en la página vinculada.
¿Puedo argumentar que no debe centrarse solo en L / D, sino que también debe tener en cuenta el peso de la construcción? Mi sensación es que una extensión del mismo tramo generaría un momento de flexión mayor en la base del ala, lo que requeriría una construcción más pesada. Lo que debe comparar es el "L neto"/D, que es la sustentación aerodinámica menos el peso de la construcción del ala dividido por la resistencia. Eso da una comparación justa.
@DeltaLima: Sí, tiene toda la razón. Pero ya es bastante difícil encontrar una comparación aerodinámica justa. Todos los trabajos miran el winglet en comparación con el ala desnuda, sin extensión. Por eso quería reducir la complejidad del problema.
e incluso si no fueran "mejores" para algunas aeronaves, aumentar la envergadura del ala no es una opción, ya que significaría que no cabrían en las calles de rodaje y los lugares de estacionamiento.

Peter Kämpf · Answer 1

Esto es lo que creo que necesita para llegar a su propia conclusión. Primero daré una descripción muy general sobre la creación de ascensores, y luego miraré tres alas:

Un ala sin modificar
Esta ala más un winglet
Esta ala más el ala, pero esta vez doblada hacia abajo en el plano del ala.

Para cada uno, trazaré la distribución del momento de flexión y sustentación. Asumiré una circulación elíptica, sabiendo perfectamente que esto no es lo que usan la mayoría de los aviones. Pero tengo que elegir una distribución para que los tres casos sean comparables, y la elíptica facilita las cosas. Las conclusiones pueden generalizarse para otras distribuciones.

Esta será una publicación larga (a estas alturas ya deberías conocerme), así que gracias a todos los que perseveraron a través de todo esto.

Creación de ascensores y arrastre inducido

Este tema se ha tratado antes, y lo menciono nuevamente para mostrar una forma muy simple y elegante de explicar la resistencia inducida que no necesita vórtices. Quiero disipar el mito de que la resistencia inducida es causada por el aire que fluye alrededor de la punta del ala, y las alas de alguna manera mágicamente pueden suprimir este flujo.

Considere un ala con circulación elíptica sobre la envergadura (piense en la circulación como el producto del coeficiente de sustentación local $c_l$ y acorde local; es básicamente la elevación por incremento de tramo). El ala dobla el aire a través del cual fluye ligeramente hacia abajo y crea una fuerza opuesta hacia arriba, a saber, sustentación (segunda ley de Newton). Elijo una distribución elíptica porque entonces la corriente descendente es constante a lo largo del intervalo, lo que facilita los siguientes cálculos. ingrese la descripción de la imagen aquí

La lámina de aire que sale detrás del ala tiene forma de canal y se mueve hacia abajo, lo que empuja el aire de abajo y permite que el aire de arriba fluya hacia adentro y llene el volumen vacío. Así es como se crea el vórtice libre, y el aire que fluye alrededor de las puntas de las alas tiene solo una pequeña parte en esto.

La resistencia inducida es la consecuencia de que el ala desvía el flujo de aire hacia abajo. Para simplificar las cosas, supongamos que el ala solo actúa en el aire con la densidad $\rho$ fluyendo con la velocidad $v$ a través de un círculo con un diámetro igual a la envergadura $b$ del ala Si solo miramos este tubo de corriente, el flujo másico es

\frac{d metro}{d t} = \frac{b^{2}}{4} \cdot π \cdot ρ \cdot v

$\frac{dm}{dt} = \frac{b^2}{4}\cdot\pi\cdot\rho\cdot v$

Levantar $L$ es entonces el cambio de impulso que es causado por el ala. Con la velocidad del aire hacia abajo $v_z$ impartida por el ala, la sustentación es:

L = \frac{b^{2}}{4} \cdot π \cdot ρ \cdot v \cdot v_{z} = S \cdot C_{L} \cdot \frac{v^{2}}{2} \cdot ρ

$L = \frac{b^2}{4}\cdot\pi\cdot\rho\cdot v\cdot v_z = S\cdot c_L\cdot\frac{v^2}{2}\cdot\rho$

$S$ es el área del ala y $c_L$ el coeficiente global de sustentación. Si ahora resolvemos para la velocidad vertical del aire, obtenemos

v_{z} = \frac{S \cdot C_{L} \cdot \frac{v^{2}}{2} \cdot ρ}{\frac{b^{2}}{4} \cdot π \cdot ρ \cdot v} = \frac{2 \cdot C_{L} \cdot v}{π \cdot A R}

$v_z = \frac{S\cdot c_L\cdot\frac{v^2}{2}\cdot\rho}{\frac{b^2}{4}\cdot\pi\cdot\rho\cdot v} = \frac{2\cdot c_L\cdot v}{\pi\cdot AR}$ con

A R = \frac{b^{2}}{S}

$AR = \frac{b^2}{S}$ la relación de aspecto del ala. Ahora podemos dividir la velocidad vertical por la velocidad del aire para calcular el ángulo por el cual el aire ha sido desviado por el ala. llamémoslo

α_{w}

$\alpha_w$ :

α_{w} = a r C t a norte (\frac{v_{z}}{v}) = a r C t a norte (\frac{2 \cdot C_{L}}{π \cdot A R})

$\alpha_w = arctan\left(\frac{v_z}{v}\right) = arctan \left(\frac{2\cdot c_L}{\pi\cdot AR}\right)$

La desviación ocurre gradualmente a lo largo de la cuerda del ala, por lo que el ángulo de flujo local medio a lo largo de la cuerda es justo $\alpha_w / 2$ . El ascensor actúa perpendicularmente a este flujo local, por lo que se inclina hacia atrás por $\alpha_w / 2$ . En coeficientes, la sustentación es $c_L$ , y la componente hacia atrás es $\alpha_w / 2 \cdot c_L$ . Llamemos a este componente $c_{Di}$ :

C_{D i} = a r C t a norte (\frac{C_{L}}{π \cdot A R}) \cdot C_{L}

$c_{Di} = arctan \left(\frac{c_L}{\pi\cdot AR}\right)\cdot c_L$

Para pequeños $\alpha_w$ s el arcus tangens se puede despreciar, y obtenemos esta ecuación familiar para el componente de la fuerza de reacción que apunta hacia atrás:

C_{D i} = \frac{C_{L}^{2}}{π \cdot A R}

$c_{Di} = \frac{c_L^2}{\pi\cdot AR}$

Si la circulación sobre el tramo tiene una distribución elíptica, el cambio local en la circulación multiplicado por la cantidad local de circulación es constante, y la resistencia inducida $c_{Di}$ está en su mínimo. Si esto fuera diferente, un local más alto $v_z$ provoca un aumento cuadrático en la resistencia inducida local, por lo que el ala completa creará su sustentación de manera menos eficiente.

Ahora sabemos que podemos calcular la resistencia inducida y entendemos por qué la hoja de vórtice detrás del ala se enrolla, produciendo dos vórtices que giran en sentido contrario, todo sin mirar los detalles de la punta del ala. Lo que cuenta es que el ala tiene una envergadura finita, por lo que el tubo de la corriente en el que influye el ala también tiene un diámetro finito. Por supuesto, en realidad no hay un límite claro entre el aire que se ve afectado por el ala y otro aire que no. Hay una transición difusa cuanto más se aleja uno del ala.

Comparación de puntas de ala

Primero las geometrías: aquí hay tres puntas de ala en vistas superior y frontal para comparar: vistas de las puntas de las alas de los árboles en comparación

Ahora veamos la distribución de circulación de la punta del ala simple: circulación_ala

Nuevamente, elijo la distribución elíptica por simplicidad. El momento de flexión correspondiente se ve así: ala_de_momento_de_flexión

Sin sorpresas hasta el momento. Ahora agregamos un winglet y hacemos que funcione lo mejor posible. Esto significa que tenemos que darle un ángulo de ataque en el que lleve la circulación desde el ala hacia el ala y complete la disminución elíptica de la circulación hasta 0 en la punta: circulacion_winglet

La línea discontinua gris es la circulación del ala original. Ajusté la circulación de manera que ambas alas produzcan la misma sustentación. $b_{WL}$ es el lapso en la punta de la aleta, y para la gráfica del momento de flexión, he doblado la coordenada en el sentido del lapso hacia abajo en el eje y: bending_moment_winglet

Ahora el momento de flexión comienza en la punta del ala con un valor distinto de cero. Dado que la fuerza lateral de la aleta es paralela al larguero del ala, esta contribución del momento de flexión es constante a lo largo de la envergadura. Pero hay más: ahora también la circulación en la antigua ubicación de la punta del ala es distinta de cero, y obtenemos un aumento sustancial de sustentación en las estaciones del ala exterior. Este efecto es lo que causa la sustentación adicional y da la mejor respuesta de los alerones que hacen posible los winglets. Pero también aumenta el momento de flexión de la raíz, porque esta sustentación adicional actúa con el brazo de palanca del ala exterior.

¿Cómo podemos comparar la resistencia inducida del ala con winglets con el ala original? El gradiente de circulación es más bajo, eso ayuda. También el diámetro de ese tubo de corriente es mayor, pero es difícil decir cuánto. La fuerza lateral en la aleta se crea empujando la hoja de vórtice detrás de la aleta lateralmente hacia afuera, por lo que el área en forma de canal debe volverse más ancha. La evidencia empírica apunta a un aumento en el diámetro del 45% de la envergadura de las aletas (ver el capítulo 6 para una discusión de varios artículos sobre el tema).

Solo por el gusto de hacerlo, supongamos que el diámetro realmente aumenta en línea con la envergadura de las aletas. Luego, comparemos eso con la extensión del ala recta, donde se puede asumir el mismo diámetro con mucha más certeza: circulación_extensión

Ahora también la sustentación del alerón plegado actúa hacia arriba, por lo que la circulación en el centro del ala se puede reducir aún más. Sin embargo, ahora agrega una parte que aumenta linealmente al momento de flexión, y la sección exterior del ala crea más sustentación, como antes con el ala con winglet: ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí, el momento de flexión de la raíz es mayor que en el caso del winglet. Esta es una segunda ventaja de los winglets: permiten aumentar la sustentación máxima con un menor aumento del momento de flexión que una extensión del ala. Pero la extensión del ala pone todas las partes hacia la creación de sustentación, y no algunas hacia la creación inútil de fuerza lateral. Tanto el ala extendida como el ala tienen la misma fricción superficial y (cuando asumimos el mismo diámetro del hipotético tubo de corriente) la misma resistencia inducida. Pero dado que el ala crea cierta fuerza lateral, el ala restante necesita volar con un coeficiente de sustentación más alto. Además, la intersección del ala y la aleta debe ser lo más redondeada posible, aquí es donde la separación temprana comienza con ángulos de ataque más altos. Nada de esto afecta la extensión del ala recta.

La mayoría de la evidencia muestra que los winglets mejoran la L/D con respecto al ala original, pero doblar el winglet hacia abajo duplicará con creces su eficacia para reducir la resistencia. Incluso si asumimos que el winglet es tan bueno como una extensión de igual envergadura, la extensión del envergadura sale adelante en la mejora de L/D porque toda su sustentación contribuye a la sustentación general, mientras que la winglet produce una fuerza lateral en su lugar. Si no ocurre separación en la intersección ala-winglet, ambos crearán el mismo arrastre inducido y de perfil (presión y fricción), porque ambos tienen la misma superficie mojada y la misma circulación local. Nuevamente, esto le da a los winglets el beneficio de una resistencia inducida igualmente baja, que no es compatible con la mayoría de las mediciones.

La punta del ala extendida en el ejemplo anterior tiene características interesantes. Es una punta de ala en flecha hacia atrás (inclinada), lo que hace que la pendiente de la curva de sustentación local sea más baja que la del ala recta. Esto aumenta su ángulo de ataque máximo y, asumiendo que el área local es más grande de lo que dictaría una forma de ala elíptica, hace posible mantener una distribución de circulación casi elíptica en un rango de ángulo de ataque más amplio. El área local más grande es una precaución sensata contra la entrada en pérdida de la punta del ala primero, por lo que una punta del ala inclinada combinará características de pérdida benignas y una resistencia inducida muy baja.

Compare esto con el winglet, que debe adaptarse a un punto polar: dado que los cambios en el ángulo de ataque del ala no cambiarán la incidencia del winglet, no puede adaptarse tan bien a diferentes condiciones de flujo como el ala extendida. En deslizamiento lateral, el alerón alterará la distribución de la circulación en la punta del ala y actuará como un spoiler desviado.

Conclusión

La comparación de winglets y extensiones de alas iguales da estas características básicas:

Ambos tienen la misma resistencia viscosa con un ángulo de ataque bajo.
Ambos pueden crear más sustentación máxima y ambos reducen la resistencia inducida.
La extensión del ala puede crear la mayor sustentación para el aumento dado en la superficie mojada.
La extensión del ala es más del doble de efectiva para reducir la resistencia inducida.
La extensión del ala proporciona una mejor distribución de la circulación en un ángulo de ataque fuera del diseño.
La extensión del ala produce el momento de flexión de raíz más alto para una determinada cantidad de sustentación.

La medida en que el aumento del momento de flexión impulsará la masa estructural depende de la relación de aspecto del ala original. Las alas de baja relación de aspecto no sufrirán mucho, pero estirar las alas de alta relación de aspecto aumentará considerablemente la masa del larguero. Pero tenga en cuenta que la aleta también provoca momentos de flexión de raíz más altos y crea menos momento de flexión que la extensión del ala porque crea algo de fuerza lateral en lugar de sustentación pura y útil.

Hola Pedro, muchas gracias por este interesante artículo. Hace que todas mis clases de aerodinámica vuelvan a mi memoria profunda. Estoy de acuerdo con tus conclusiones. Sería bueno si se pudiera cuantificar la penalización del peso estructural por el momento de flexión adicional. Alimento para el pensamiento, ¡gracias por eso!
@DeltaLima: ¡Gracias por tus amables palabras! La penalización estructural se puede cuantificar para un ala en particular, pero desafortunadamente no de manera general.
He estado pensando en el winglet un poco más. ¿Cuál es la dirección local del flujo por encima de la punta del ala? Supongo que está ligeramente hacia adentro cuando la hoja de vórtice comienza a enrollarse allí. Esto significa que el vector de sustentación del winglet estaría ligeramente inclinado hacia adelante, lo que provocaría una resistencia inducida negativa.
@DeltaLima eso sería lo que también dicen mis notas de clase sobre fluiddinámica/aerodinámica. --- Peter, así que, en ausencia de restricción de tramo, basándonos en su conclusión, todavía no hay una respuesta en blanco y negro: si modifica un ala existente, probablemente un alerón sea mejor (menos momento de flexión) [estilo A320], pero si diseñar un ala nueva, punta de ala inclinada [B787]. ¿te leí bien?
@DeltaLima: El winglet necesita trasladar la circulación del ala, creando así una fuerza que apunta hacia adentro. Esto desvía el flujo de aire detrás del ala hacia afuera, y el vector de sustentación (mejor: fuerza lateral) apunta ligeramente hacia atrás , como el del ala misma. El winglet producirá la misma resistencia que la extensión del tramo, pero contribuirá con menos sustentación.
@PeterKämpf Tengo una pregunta, en la derivación de $c_{D_i}$ , ¿no debería asumir primero el enfoque de ángulo pequeño (y dejar caer la tangente), antes de sustituir $\alpha$ en $c_{D_i}=\alpha_w / 2 \cdot c_L$ ? Ahora, el factor de 0,5 pasó de fuera de la tangente a dentro de la tangente antes de usar el enfoque de ángulo pequeño.
@ROIMaison: Sí, eso sería más limpio. Sin embargo, no debería importar en ángulos muy pequeños.
Parece un desliz en la última parte: se refiere a L/D reducido cuando describe algo que aumenta la sustentación y reduce la resistencia; seguramente te refieres a un aumento de L/D?
@anaximander: Por favor, sea más preciso. La única vez que aparece "reducida" se refiere a la circulación. ¿A qué te refieres exactamente?
El párrafo que comienza "La mayoría de las pruebas muestran..." , usted dice "efectividad en la reducción de L/D" y "sale adelante en la reducción de L/D" , ambos en el contexto de cosas que aumentan la sustentación y reducen la resistencia, lo que obviamente aumenta L/D.
@anaximander: Tienes razón, gracias por ver esto. Probablemente estaba pensando en arrastrar y escribí L/D. Corregido.
@PeterKämpf ¿El peso de la aleta reduciría el momento de flexión?
@Koyovis: Sí, el peso de la aleta proporciona un pequeño alivio de flexión.
Además, se afirmó que a mayor $C_L$ , en ascenso, la circulación de la punta crea un flujo contra el alerón como el de un velero que navega contra el viento, creando así empuje. Y que los winglets tienen sentido principalmente en aeronaves de corto alcance, que pasan un mayor porcentaje del tiempo de vuelo en ascenso.
@Koyovis: Sí, la reducción de la resistencia aerodinámica de los winglets puede verse como causada por una estela más amplia o un empuje en el winglet cuando vuela en un deslizamiento lateral local. Ambos son correctos y lados de la misma medalla. Su beneficio crece con la fracción de arrastre inducido sobre el arrastre total. Las aeronaves se vuelven más eficientes cuando vuelan alto, cerca del mejor punto L/D en el polo, y solo las aeronaves GA vuelan mucho más rápido que esto porque su altitud es limitada. Por lo tanto, no hay winglets en los aviones GA.

piloto · Answer 2

En ausencia de una restricción de luz, la evidencia es que un winglet es definitivamente inferior a una extensión de luz del mismo tamaño cuando los efectos estructurales se incluyen con la resistencia inducida, viscosa y de compresibilidad.

El laboratorio MDO (Optimización de diseño multidisciplinario) de la Universidad de Michigan ha realizado una investigación exhaustiva sobre los efectos del peso estructural en la optimización de la sustentación/resistencia al ala. La optimización aeroestructural de superficies de elevación no planas aborda directamente esta cuestión. Describe una serie de optimizaciones numéricas en una aeronave genérica de clase b737-900 con un perfil aerodinámico NACA 64A212, incluida la siguiente representación de un modelo estructural.

Se permite que un optimizador libre de gradientes desarrolle configuraciones de alas para satisfacer varias restricciones. El ala está representada por hasta cuatro segmentos. La geometría de cada segmento está definida por seis variables de diseño: luz, área, conicidad, torsión, barrido y diedro. Se muestran cuatro posibles geometrías de ala.

Para la optimización aerodinámica, se encontró que las configuraciones de ala en caja o de ala unida eran óptimas cuando solo se consideraba la resistencia inducida. Cuando se agregó la resistencia viscosa, estas configuraciones incurrieron en una penalización por resistencia debido a la gran área de superficie, y se prefirió una configuración de ala C. La reducción de la resistencia fue similar para estos casos, desde un 26 % para el ala unida hasta un 22 % para la configuración de ala C. Ignorar los efectos estructurales hace que muchas soluciones parezcan atractivas.

Permitir que el optimizador realice compensaciones entre la aerodinámica y la estructura es una mejora significativa con respecto a los enfoques anteriores, donde el rendimiento estructural se consideraba simplemente restringiendo el momento de flexión de la raíz. Cuando se consideran la estructura, la resistencia inducida, la resistencia viscosa y la compresibilidad, una punta de ala inclinada es la solución óptima cuando la envergadura no está restringida. Produce un 2,2 % más de alcance que la segunda mejor alternativa, un diseño de winglet. Cuando el espacio está limitado y se consideran los mismos factores, un diseño de ala es superior.

pie · Answer 3

Además de los principios y la investigación de otras respuestas, aquí hay un vistazo al diseño de ala elegido en diferentes aviones. ¿Siempre se prefiere un winglet, o solo en ciertas circunstancias?

En esta respuesta , se menciona que puede tener sentido agregar un winglet cuando el espacio está restringido. Por lo tanto, es importante comprender las razones por las que se puede restringir el intervalo en un avión comercial.

La envergadura está limitada estructuralmente porque los momentos de flexión aumentan la tensión en la estructura del ala a medida que aumenta la distancia desde la raíz del ala. Esto significa más material y peso para manejar la tensión, lo que reduce algunos de los beneficios de la mayor luz. Estos límites dependerán de la estructura del ala, que varía según el avión, por lo que no se centrarán en ellos aquí.

La envergadura también está limitada por las regulaciones. En AC 150/5300-13A de la FAA, en la página 13, la Tabla 1-2 enumera seis Grupos de diseño de aviones en los que se clasifican los aviones según la altura de la cola y la envergadura. El Anexo 14 de la OACI tiene estos mismos grupos pero etiquetados como AF. Aparte de la autorización en puertas y calles de rodaje, el grupo también afecta a otras instalaciones aeroportuarias. En la mayoría de los casos, la envergadura es más crítica que la altura de la cola, por lo que aquí nos centraremos en la envergadura.

Group #     Wingspan (ft)
I           <49
II          49-<79
III         79-<118
IV          118-<171
V           171-<214
VI          214-<262

A continuación se muestran diferentes aeronaves y los grupos en los que se clasifica la envergadura (valores de Wikipedia). Las longitudes se redondean al pie más cercano para compararlas con los límites. Esto se enfoca en aeronaves que vienen con winglets según lo diseñado. Los winglets disponibles como modificaciones mejoran el rendimiento, pero la pregunta es si una extensión de la envergadura sería mejor, lo que dependerá del diseño de cada avión.

Verá que las aeronaves en el límite superior de la envergadura de cierto grupo tienden a tener winglets, mientras que las aeronaves que no están en el límite no las tienen. Hay algunas excepciones a esto. Las versiones LR/ER del 777 alcanzaron el límite de envergadura del Grupo V, pero optaron por puntas inclinadas en lugar de alerones. Los A330/340 están por debajo del límite del Grupo V pero usan winglets, aunque las versiones más nuevas del A340 alcanzan el límite y todos están en el extremo superior del grupo.

Un caso interesante es el P-8, que es un avión ASW basado en el 737-800. El ejército está menos preocupado por las clases de envergadura que los portaaviones comerciales, y la resistencia es un objetivo de diseño importante para esta función. El diseño optó por aumentar la envergadura y usar puntas inclinadas en lugar de retener o agregar las aletas del 737-800.

A partir de esto, parece que los winglets son más útiles cuando tienen un límite en la envergadura. Sugiere que los winglets son menos útiles cuando no tienen una envergadura limitada, pero ciertamente no es concluyente.

A380-800
Envergadura: 261 pies (Grupo VI)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

B777-8X/9X
Envergadura: 235 pies (Grupo VI), pliegue a 212 pies (Grupo V)
Grupo Max: no
Winglets: no

B747-8
Envergadura: 224 pies (Grupo VI)
Grupo Max: no
Winglets: no

A350
Envergadura: 213 pies (Grupo V)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

B777-200LR/300ER
Envergadura: 212 pies (Grupo V)
Grupo Max: sí
Winglets: no

B747-400
Envergadura: 211 pies (Grupo V)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

A340-500/600
Envergadura: 208 pies (Grupo V)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

B777
Envergadura: 199 pies (Grupo V)
Grupo Max: no
Winglets: no

B787-8/9/10
Envergadura: 197 pies (Grupo V)
Grupo Max: no
Winglets: no

A340-200/300
Envergadura: 197 pies (Grupo V)
Grupo Max: no
Winglets: sí

A330
Envergadura: 197 pies (Grupo V)
Grupo Máx.: no
Winglets: sí

P-8 (Basado en 737-800)
Envergadura: 123 pies (Grupo IV)
Grupo Max: no
Winglets: no

A320/neo
Envergadura: 111 pies (117 pies con sharklets) (Grupo III)
Group Max: sí
Winglets: sí

B737 NG/MAX
Envergadura: 117 pies (con winglets) (Grupo III)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

B737 Classic
Wingspan: 94 pies (Grupo III)
Group Max: no
Winglets: no

E170/175/190/195
Envergadura: 85 pies (E170/175) 94 pies (E190/195) (Grupo III)
Grupo máx.: no
Winglets: sí

Aviones menos comunes:

SSJ 100
Envergadura: 91 pies (Grupo III)
Grupo Max: no
Winglets: no

IL96
Envergadura: 197 pies (Grupo V)
Grupo Máx.: no
Winglets: sí

CS100/300
Envergadura: 115 pies (Grupo III)
Grupo Max: sí
Winglets: sí

Otro punto de datos interesante que sugiere que los aumentos de espacio son mejores: Boeing va con aumentos de espacio que se pliegan para estacionar en el 777X. Lo mejor de ambos mundos de esa manera, supongo.
"La envergadura también está limitada por las regulaciones". La regulación no es la limitación. Es simplemente una clasificación formal que permite a los fabricantes, aeropuertos y posiblemente a otros diseñar productos compatibles.
Entonces, una familia Zeppelin-Staaken R.VI (1917) estaría en el Grupo IV de la familia con el B-29. El más grande de los gigantes de la Primera Guerra Mundial estaría en el grupo V. Solo para poner las cosas en perspectiva.

federico · Answer 4

Este artículo de 2005 afirma que no es una cuestión resuelta:

Cuando la envergadura geométrica del ala está restringida, los winglets bien diseñados proporcionan reducciones significativas en la resistencia aerodinámica del avión y ahora se han incorporado en aeronaves que van desde planeadores hasta jets ejecutivos y grandes transportes comerciales.

(y entiendo que estás de acuerdo con lo anterior)

La justificación de los winglets en lugar de las extensiones de la envergadura para las aeronaves que no están explícitamente limitadas en envergadura es menos clara. Los estudios en NASA Langley que compararon estos dos conceptos con el momento de flexión de la raíz restringido concluyeron que se preferían los winglets a las extensiones de tramo. (Estudio paramétrico teórico de las ventajas relativas de los winglets y las extensiones de las puntas de las alas - Heyson, 1977 - NASA TP 1020). Los estudios con restricciones sobre el momento de flexión integrado sugirieron que los dos enfoques eran casi idénticos en estos aspectos. (Efecto de los winglets en la resistencia inducida de las formas ideales de las alas - Jones, 1980 - NASA NASA TM 81230). Un modelo de peso algo mejor (que incluye los efectos de los cambios en la cuerda del ala sobre la eficiencia estructural) lleva a conclusiones muy similares a las que se muestran en la figura 9.La conclusión es que la complejidad del modelo estructural y las restricciones limitan la aplicabilidad general de tales conclusiones.

En particular

La evaluación de la altura óptima de los alerones y el diedro depende de los detalles de la estructura del ala, si el ala es crítica para ráfagas o para maniobras, si las regiones grandes del ala se dimensionan en función del calibre mínimo de la superficie y si el diseño es nuevo o un modificación de un diseño existente. La evaluación de las ventajas del dispositivo de punta de ala debe realizarse para cada diseño e incluir una variedad de consideraciones multidisciplinarias. Estos incluyen el efecto sobre las deflexiones y cargas aeroelásticas, la velocidad de aleteo, el ajuste de la aeronave, los efectos de estabilidad y control (especialmente las características laterales), la operación fuera de diseño y los efectos sobre la sustentación máxima y, finalmente, las consideraciones de marketing.

Para concluir:

No existe una respuesta clara a la configuración óptima, e incluso cuando se adoptan winglets, las geometrías varían ampliamente.

Lo que entiendo de lo anterior es que si no incluye una limitación estructural o estructural simple, un winglet es mejor que una extensión de tramo (NASA TP 1020 mencionado anteriormente), de lo contrario, tendrá que buscar una respuesta caso por caso.

También existe este otro documento (detrás del muro de pago) de 2010 (5 años después del documento anterior) que en su resumen informa conclusiones similares:

Cuando solo se considera la aerodinámica, las configuraciones de superficie de elevación cerrada, como el ala de caja y el ala unida, resultan óptimas. Cuando se realiza la optimización aeroestructural , se encuentra que una configuración de ala es óptima cuando la envergadura general está restringida, y un ala con una punta inclinada es óptima cuando no existe tal restricción .

if you include no structural or a simple structural limitation, a winglet is better than a span extensionNo, lo contrario es cierto.
Supongo que está diciendo que sin limitaciones estructurales, es preferible una extensión de luz.

Ethan · Answer 5

Sí, porque un winglet reduce la resistencia causada por la parte inferior del ala que llega a la parte superior del ala y gira formando un vórtice llamado vórtice en la punta del ala y el winglet reduce la fuerza del vórtice reduce la resistencia también lo hace más eficiente y tiene rango extra desde el winglet. Así que es mejor tener un winglet que ningún winglet

¿Es mejor un winglet que una extensión de igual envergadura?

Peter Kämpf

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jyendo

Respuestas (5)

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DeltaLima

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anaximandro

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