A szép szárnyvég csodája: a megszelídített örvénylés

Az Airbus nagy hangsúllyal mutatta be a 320-asain most tesztelés alatt álló cápauszonyát, a 737 Max kettős kerítésmegoldása ugyancsak komoly visszhangot keltett a szaksajtóban, miközben alig esik szó a 777-es és a 787-es szárnyvég-konstrukciójáról, tán mert maguk a szárnyak keltenek kevesebb elvezetni való örvényt? Az iho/repülés szakértője foglalja össze a tudnivalókat.

Napjainkban egyre inkább megszokott látvány a repülőgépek szárnyainak végén elhelyezkedő winglet, ami valóban nagyon esztétikus. Még meglepőbb, hogy ez már nemcsak a modern légi járműveken (ahol szinte kötelező), hanem régebbi típusokon is fellelhető. De mire is jó pontosan és hogyan működik ez a talán nem is olyan új találmány? Ha megpillantjuk a Ryanair Boeing 737-800-asain, rögtön rájöhetünk, hogy a szerepe nem pusztán esztétikai…

A winglet a szárny közel vertikális (vagyis a szárny felületére közel merőleges) meghosszabbítása. Számos fajtája létezik, de működési elvük alapvetően azonos. Elsődleges céljuk a szárnyvégen kialakuló örvény energiájának részleges felhasználása, az ellenállás csökkentése. A szárnyvégi örvények a szárnyfelület két oldalán lévő nyomáskülönbség eredményeképpen alakulnak ki, tulajdonképpen a felhajtóerő képződésének járulékos jelenségei. Az így kialakuló örvények nemcsak komoly ellenállás-növekedést eredményeznek, de egymást követő légi járművek esetén a hátul haladót is veszélyeztetik. Különösen hangsúlyos ennek a jelenségnek a szerepe a repülőterek végső megközelítése során, ahol aránylag szűk keresztmetszeten nagy forgalom jelentkezik. A légi járműveket éppen ezért tömegük alapján turbulenciakategóriákba sorolják, és az elkülönítési minimumokat ezek figyelembevételével határozzák meg. Ez a futópályák kapacitását talán leginkább korlátozó tényező.

A winglet egyrészt csökkenti a szárnyvégi örvény erősségét, másrészt (és talán ez a fontosabb) hasznosítja annak energiáját. A nyomáskiegyenlítődésre való törekvés miatt kialakuló szárnyfesztáv irányú áramlás hatásának következtében a wingleten kialakuló erőnek van egy kisebb, tolóerő irányú komponense. Fontos azonban megemlíteni, hogy a winglet hatására a fenti pozitív hatások mellett járulékos ellenállások keletkeznek, ezenkívül a szárny megerősítését és tömegének növekedését is eredményezi. Jó és alapos tervezéssel ugyanakkor az utóbbi hatások minimalizálhatóak. Összességében a winglet sebesség-, illetve hatótávolság-növekedést eredményez, és csökkenti az üzemanyag-fogyasztást. Ez pedig rögtön magyarázatot ad arra, hogy napjainkban, amikor a légitársaságok költségeinek egyre nagyobb hányadát az üzemanyagköltségek teszik ki, miért népszerűbb, mint valaha.

Pedig nem forradalmi újdonságról van szó, az eredeti elképzelés 1987-re nyúlik vissza, és a XX. század elején már repültek olyan repülőgépek, amelyek ilyennel voltak felszerelve. Jelenleg is számos fajtájuk létezik, ezek közül a legfontosabbakat vesszük sorra.

A „blended winglet” talán a legelterjedtebb változat, a szárny és a winglet közötti átmenet itt nem egy éles szög (mint például a Boeing 747-400-as esetében), hanem egy sima görbe, ezzel tovább javítva az áramlási viszonyokat a pozitív hatások még jobb kiaknázása érdekében. Ilyenekkel találkozhatunk a Boeing 737 NG gépcsalád tagjain (még itt sem szériatartozék, de a legtöbb új gépet már ezzel gyártják, és utólagosan is felszerelhető), de olyan régebbi típusokat is kiegészíthetnek vele, mint a Boeing 737 Classic, a Boeing 757, illetve a Boeing 767 (egy időben a Delta winglettel felszerelt 767-esei visszatérő vendégek voltak a Liszt Ferenc repülőtéren).

A „wingtip fence” megoldással az Airbus 320-as típuscsalád esetében találkozhatunk, itt a vertikális felületek a szárny felett és alatt egyaránt megtalálhatóak, de ezek egyenként kisebbek, mint egy „normál winglet”. Természetesen ez is hatékony megoldás, de azért sokat elárul, hogy sem az A 350-esen (ez talán nem annyira meglepő, mivel a szélestörzsű A 330/340-es típuscsaládon sem ilyet alkalmaznak), sem az A320neó-n nem ilyet fognak alkalmazni. Olyannyira nem, hogy újabban a sima A320-asokhoz is lehetőség van úgynevezett „sharkletet” rendelni (amely egy blended winglet fantáziadús névvel). Az első így kialakított A320-as április 26-án gördült ki a toulousi gyárból. A neón ez már szériatartozék lesz.

Ha még egyszer végigfutjuk az eddig felsorolt típusok listáját, rájöhetünk, hogy van kettő, amelyekről említést sem tettünk. Bár mint említettem, egyre gyakrabban láthatóak a legkülönfélébb típusok wingletekkel felszerelve, sem Boeing 777-est, sem 787-est nem lehet látni ilyennel. Ez azért is érdekes, mert minden kétséget kizáróan az amerikai gyártó csúcsmodelljeiről van szó. Ennek oka, hogy itt az úgynevezett „raked wingtip” került alkalmazásra. Ennek lényege, hogy a szárnyvég nyilazási szöge nagyobb, mint a szárny többi része esetén. Hatása elsősorban az üzemanyag-fogyasztás csökkenésében, a többlet felhajtóerőben és ezáltal kisebb felszállási úthosszban jelentkezik. Ez a rendszer a 777-esen olyan jól tölti be a szerepét, hogy feleslegessé teszi a wingletek alkalmazását.

Látható tehát, hogy nincsen egyértelműen elfogadott, minden típusra megfelelő koncepció. A 747-8-as például szintén raked wingtip technológiát használ, ugyanakkor a 787-3-as szemben a többi 787-essel, winglettel lesz felszerelve. Ugyanez a kísérletezés figyelhető meg a Boeing 737 MAX család esetében is, ahol eldőlni látszik, hogy a blended wingletet fogják alkalmazni, de nem jelenlegi formájában, hanem egy speciális, a szárny felettinél kisebb, szárny alatti elemmel kiegészítve. A 737-es alapján készülő P-8 Poseidon katonai gép ugyanakkor raked wingtipet kap.

Az azonban semmiképpen sem vitatható, hogy a különböző szárnyvégi megoldások jelentős megtakarítást eredményeznek.  A mai napig az APB (Aviation Partners Boeing) 4400 Boeing 737-es, 757-es és 767-es repülőgépet szerelt fel wingletekkel, megspórolva ezzel 3,1 milliárd gallon (kb. 11,73 milliárd liter!) üzemanyagot, és megkímélve a légkört 33 ­millió tonna szén-dioxidtól. Használatuk 1,9 és 5,6% közötti üzemanyag-megtakarítást eredményez. A gépenként körülbelül 1 millió dolláros beruházás körülbelül két év alatt megtérül, így nem csoda, ha egyre több ilyen légi járművel találkozhatunk a világ repülőterein.