Γιατί τα φτερά του αεροσκάφους είναι κυρτά στο τέλος;
Το καμπύλο σχήμα ενός πτερυγίου αεροσκάφους συμβάλλει στη μείωση της οπισθέλκουσας που δημιουργείται από τις δίνες της άκρης των φτερών. Μειώνοντας την ποσότητα οπισθέλκουσας, το αεροσκάφος μπορεί να πετάει πιο αποτελεσματικά και να χρησιμοποιεί λιγότερα καύσιμα.
Εάν ταξιδεύετε συχνά, μπορεί να έχετε δει κάτι περίεργο για τα φτερά του αεροσκάφους. Πιθανότατα θα έχετε παρατηρήσει ότι τα φτερά έχουν ένα επιπλέον στοιχείο στα άκρα. Το κάνει να φαίνεται αρκετά κομψό, έτσι δεν είναι; Κατά κάποιο τρόπο, μοιάζει με τα πτερύγια ή την ουρά ενός ψαριού. Κάποια άκρα είναι λυγισμένα προς τα πάνω, ενώ κάποια άλλα έχουν σχήμα οβάλ! Αυτά τα τμήματα ενός πτερυγίου αεροσκάφους ονομάζονται φτερά .
"Ένα πτερύγιο είναι ένα πρόσθετο δομικό στοιχείο μιας δομής πτερυγίου με κύρια λειτουργία τη μείωση της δίνης της άκρης του φτερού, η οποία παράγεται λόγω στη διαφορά πίεσης μεταξύ της άνω και της κάτω επιφάνειας μιας πτέρυγας ενώ ένα αεροσκάφος κινείται.»
Αυτός είναι ο ορισμός που θα έκανε τα γόνατα του καθηγητή σας αδύναμα από θαυμασμό, αλλά ας επεξεργαστούμε αυτόν τον ορισμό με μικρά βήματα. Για να κατανοήσουμε το winglet, ας καταλάβουμε πρώτα γιατί το χρειάζεται ένα αεροσκάφος.
Τι είναι τα Vortices;
Ένα φτερό λειτουργεί ως αποτέλεσμα της αρχής του Bernoulli, η οποία ουσιαστικά δηλώνει, «η πίεση ενός ρευστού είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ταχύτητα του ίδιου στο διάστημα». Όταν ένα αεροσκάφος βρίσκεται σε κίνηση, η ροή του αέρα χωρίζεται στο μπροστινό άκρο (μπροστά) της πτέρυγας. Λόγω της γωνίας με την οποία το φτερό είναι στερεωμένο στην άτρακτο του αεροσκάφους, παρατηρείται υψηλότερη πίεση αέρα στην κάτω επιφάνεια του πτερυγίου παρά στην επάνω επιφάνεια. Αυτό δημιουργεί μια διαφορά πίεσης μεταξύ των άνω και κάτω τμημάτων της πτέρυγας, η οποία δημιουργεί ανύψωση (ανοδική κίνηση του αεροσκάφους).
(Πηγή:06photo – shutterstock.com)
Η ιδιότητα των ρευστών είναι ότι ρέουν από μια περιοχή υψηλότερης πίεσης σε μια περιοχή χαμηλότερης πίεσης. Ακολουθώντας αυτήν την αρχή, ο αέρας τείνει να μετακινείται από την υψηλή πίεση κάτω από το φτερό προς τη χαμηλή πίεση πάνω από το φτερό γύρω από τα άκρα των φτερών, σχηματίζοντας έτσι και αφήνοντας πίσω στροβίλους (μίνι-ανεμοστρόβιλοι) καθώς το αεροσκάφος κινείται.
Γιατί αυτό προκαλεί ανησυχία για τα αεροσκάφη;
Μια σημαντική πηγή οπισθέλκουσας (αντίσταση αέρα) προκαλείται στην πραγματικότητα από την υψηλή πίεση κάτω από το φτερό, η οποία αναγκάζει τον αέρα να ρέει προς τα πάνω και πάνω από το άκρο του πτερυγίου πριν ξεφύγει σε μια δίνη. Οι δίνες στο άκρο των φτερών εμποδίζουν την απόδοση, μειώνουν τα χιλιόμετρα καυσίμου, την εμβέλεια και την ταχύτητα του αεροσκάφους. Μπορεί να φαίνεται όμορφο στον ουρανό, αλλά στην πραγματικότητα μπορεί να προκαλέσει απώλεια σταθερότητας σε ένα αεροσκάφος που πετά από την ίδια περιοχή και ακόμη και να οδηγήσει σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης.
(Πηγή:Gwoeii – shutterstock.com)
Περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν επίσης την ανάγκη για λύση. Λόγω της αντίστασης που προκαλούν οι δίνες, απαιτείται μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες εκπομπές CO2, άλλα τεχνητά σωματίδια και θόρυβο.
Η λύση – Winglets:
Για να αποφευχθεί ο σχηματισμός των δινών, διερευνήθηκαν δύο λύσεις ως πιθανές. Το ένα ήταν να κατασκευάσει ένα απείρως μακρύ φτερό. Θα υπήρχε πλήρης διαχωρισμός της ροής του αέρα από την κάτω και την επάνω επιφάνεια, αποτρέποντας έτσι τη δημιουργία στροβιλισμών. Ακούγεται μάλλον εξωφρενικό; Προφανώς, υπήρχαν ορισμένα σημαντικά ζητήματα με αυτό.
Η άλλη λύση ήταν να δημιουργηθεί ένας διαχωρισμός μεταξύ των δύο περιοχών διαφορικής πίεσης με την εισαγωγή ενός δομικού στοιχείου. Αυτό επρόκειτο να ονομαστεί «winglet», ένας όρος που επινοήθηκε για πρώτη φορά από τον Richard Whitcomb.
(πηγή:nancy dressel – shutterstock.com)
Από τη δεκαετία του 1980, τα winglets αποτελούν σημαντικό μέρος των μελλοντικών σχεδίων αεροσκαφών. Για ορισμένα παλιά αεροσκάφη, τοποθετήθηκαν φτερά μετά την εισαγωγή του αεροπλάνου στην αγορά. Τα Winglets είναι ένας αποδεδειγμένος τρόπος μείωσης της αντίστασης, εξοικονόμησης καυσίμου, μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και οξειδίου του αζώτου και μείωση του θορύβου της κοινότητας. Αυτό βοηθά τις αεροπορικές εταιρείες που λειτουργούν να εξοικονομήσουν χρήματα μειώνοντας την ποσότητα καυσίμου που καταναλώνεται, καθώς και τα τέλη προσγείωσης στα αεροδρόμια.
Με άλλα λόγια, αν ποτέ φτιάξετε ένα χάρτινο αεροπλάνο, φροντίστε να λυγίσετε λίγο τα άκρα του φτερού προς τα πάνω , και θα πετάξει λίγο πιο πέρα. Δεν είναι εξαπάτηση, είναι απλώς επιστήμη!
Διασκεδαστικό γεγονός:
Το 1897, ο Βρετανός μηχανικός Frederick W. Lanchester σχεδίασε τις ακραίες πλάκες των φτερών για να μειώσει την πρόσκρουση των στροβιλισμών στο άκρο των φτερών έξι χρόνια προτού πραγματοποιηθεί η πρώτη πτήση με κινητήρα από την Wright Brothers (1903). Μιλήστε για το ότι είστε μπροστά από την εποχή σας!
