Является ли дизайн крыла зрелым?

Законцовки крыла являются уникальной частью самолета, поскольку у них действительно одна функция; минимизировать сопротивление. Их конструкцию легко увидеть, и они появились в транспортных самолетах относительно недавно. Продолжаются разработки в области изучения аэродинамики: современные вычислительные мощности и методы позволяют намного лучше моделировать схемы потоков для оценки конструкций, а улучшения материалов позволяют создавать более сложные конструкции.

Главное, чтобы крылышко было правильно сконструировано. По мере изменения конструкции крыльев изменяется обтекание крыльев и изобретаются новые конструкции законцовок.

Поскольку это сильно зависит от конкретного приложения, более уместно смотреть на эволюцию конструкций разных самолетов. Выбранная конструкция зависит от технологии, доступной в то время, как для оценки конструкции, так и для ее создания, конструкции крыла, предполагаемого использования самолета и предыдущего опыта производителя.

Боинг 737 — это старая конструкция, которая со временем претерпела изменения: Оригинал/Классический: нет, NG: винглет, P-8: заостренный наконечник, MAX: разрезная ятаган.

A330 имеет довольно новый дизайн: Текущий: маленький винглет, новый: винглет.

Боинг 747 также эволюционировал с течением времени, и последняя версия использует те же технологии, что и 787: Оригинал: нет, -400: маленькое крылышко, -8: наклонный наконечник.

A320 также эволюционировал с течением времени: Оригинал: нет, Текущий: наконечник, новый: винглет.

A380 — это новый дизайн: наконечник наконечника

A350 — это новый дизайн: винглет

Модель 787 — это новый дизайн: изогнутый наконечник.

Модель 777 довольно новой конструкции: базовая: нет, -200LR и -300ER: заостренные наконечники.

Вы заметите тенденцию от меньшего дизайна к большему. Однако на более крупных самолетах вес большого крылышка и создаваемые им нагрузки могут стать слишком большими. В новых конструкциях, таких как 777, A380, 787 и 747-8, используются либо наклонные законцовки, либо маленькие винглеты.

Что касается других частей самолетов, то двигатели меняются больше, чем вы думаете. Реактивные двигатели первых реактивных транспортных средств сильно отличаются от современных ТРДД с большой степенью двухконтурности. Двигатели GEnx на 787 и 747-8 имеют шевроны сзади для снижения шума. Все, что вы видите снаружи, — это гондола, сводящая к минимуму лобовое сопротивление; большинство изменений происходит внутри. Кроме того, если вы внимательно посмотрите на переднюю часть, лопасти вентилятора на новых двигателях имеют кривые, а не прямые края.

Большинство других частей самолета имеют более сложную работу, в основном не внешнюю. Фюзеляж должен эффективно перевозить вещи внутри, но при этом обеспечивать низкое сопротивление. Если вы внимательно посмотрите, то заметите, что новые самолеты, такие как 787 и A350, имеют много общего с предыдущими фюзеляжами, но они также имеют другую форму. Труднее увидеть другие радикальные изменения, такие как использование композитов вместо традиционного алюминия, электрические системы вместо гидравлических или стравливающих воздух, полет по проводам и т. д.

Поверхности управления должны обеспечивать достаточный контроль при минимальном сопротивлении. Размер и форма также изменились с течением времени, хотя общий дизайн остался.

Я не авиационный инженер, поэтому этот ответ может содержать ошибки.

Конструкция самолета во многом похожа на конструкцию крыла. Тот факт, что конструкции законцовок крыльев меняются, объясняется только тем, что конструкция крыльев также меняется с каждым типом самолета.

Дизайн фюзеляжа является зрелым в том смысле, что круглый лучше, чем квадратный. Конструкция двигателя продумана в том смысле, что двигатели взаимозаменяемы; пока у вас есть правильные узлы подвески на крыле для подачи топлива, отвода воздуха и т. д., не имеет значения, решите ли вы установить ТРДД Wilbur 400 или ТРДД Orville 602N.

Но крыло является неотъемлемой частью самолета. Для каждого авиалайнера, который вы проектируете, вы проектируете соответствующее крыло. Центр тяжести, центр давления, критическая скорость, все эти вещи и многое другое учитываются, и все они разные для каждого самолета, поэтому к ним нужно обращаться по-разному. Тот факт, что законцовки крыльев отличаются от модели к модели, означает только то, что крылья отличаются от модели к модели.

Это действительно не так уж важно.

Посмотрите на птиц: они используют два разных дизайна кончиков крыльев. Думаю, мы оба согласимся с тем, что эти конструкции созрели после миллионов лет эволюции. И все же есть две различные формы кончиков крыльев: одна — «пальчатая» с большими растопыренными перьями, а другая — заостренная, которую можно найти у чаек и альбатросов, а также у ласточек. Почему нет ни одного, зрелого дизайна?

Это связано с окружающей средой, в которой они используются. Морские птицы и ласточки летают в беспрепятственной среде с устойчивым ветром, и им необходимо оставаться в воздухе в течение более длительного времени. Всем другим птицам, в том числе обитателям озер, таким как пеликаны, приходится справляться с деревьями, преграждающими прямой путь полета, и с порывами ветра с холмов или с этими деревьями. Им нужно быстро маневрировать и справляться с порывистым ветром. Этому способствует уменьшенный размах и возможность складывания или раскладывания внешнего крыла в одном экземпляре. Отсюда и кончик крыла с пальцами.

Для большинства самолетов решение для морских птиц должно работать лучше всего. Но иногда окружающая среда выдвигает новые требования, например, ограничения по пролету в классах планеров. Тогда имеет смысл добавить винглет.

Еще одним «ограничением» является высокая стоимость разработки нового крыла, не говоря уже об инструментах и ​​усилиях по сертификации. Затем полезно добавить крылышко, чтобы внешнее крыло могло обеспечить большую подъемную силу, если масса самолета увеличивается за счет растяжения, превышающего возможности исходного крыла. Но это приведет к непропорциональному увеличению изгибающих моментов крыла, поэтому общая выгода невелика. Для производительности всегда будет лучше разработать новое крыло с прямой законцовкой.

Если вы видите всевозможные причудливые винглеты на современных авиалайнерах, это больше связано с маркетингом, чем с аэродинамикой. Ведь ни у одной птицы нет крылышек. Ни одного.

А теперь представьте себе правление Airbus (полное счетчиков бобов и юристов и лишенное аэродинамиков) после того, как Boeing расхвалил свое новое крылатое крыло: немедленная реакция: нам тоже нужно это чудо-устройство! Но он должен выглядеть иначе! К сожалению, это привело к квазирелигиозному следованию культу винглетов, где винглеты делаются панацеей от всех аэродинамических проблем.

Теперь можно возразить, что природа так и не додумалась попробовать модификацию винглета. Ни за более чем 100 миллионов лет, ни за одно из нескольких независимых проявлений крыльев (птеродактили, насекомые, птицы и летучие мыши. К этому списку можно добавить даже рыб, их ласты выполняют схожую функцию). Это может быть, но теперь вопрос сводится к бритве Оккама: что более вероятно?

• Природа так и не разработала винглеты, несмотря на их преимущества? И пожалуйста, не называйте упругую деформацию кончиков перьев законцовками. Это просто глупо.
• Или маркетологи НАСА и Боинга раскрутили устройство, которое действительно улучшает аэродинамику в некоторых условиях, но не так хорошо, как удлинение прямого крыла, если условия позволяют такое удлинение?

Судите сами.