Varför har vissa flygplan winglets?

Du sitter i terminalen, ditt flyg är lite försenat och för att fördriva tiden tittar du på flygplanen som står parkerade utanför fönstret.

Ett Airbus A320 har precis taxat in till en gate. Längst ut på vingarna pekar två stora ytor upp mot himlen.

En bit bort har ett annat flygplan mycket mer diskreta vingspetsar. På en Boeing 737 ser de nästan ut som två blad, ett riktat uppåt och ett nedåt. Och så kommer ett annat flygplan… som nästan inte har någonting alls.

Vid en första anblick kan man tro att det bara är en designfråga.

En sorts estetisk signatur för att känna igen ett flygplan.

I själva verket svarar dessa märkliga former längst ut på vingarna mot ett mycket konkret aerodynamiskt problem.

De kallas vanligtvis för winglets.

Och även om de verkar små jämfört med ett passagerarflygplans dimensioner, kan deras inflytande vara tillräckligt stort för att ett flygbolag ska kunna spara betydande mängder bränsle under ett flygplans livslängd.

Så vad används winglets exakt till? Varför minskar de förbrukningen? Varför har vissa flygplan enorma sådana medan andra verkar klara sig utmärkt utan?

För att förstå det måste vi börja med att titta på något vi nästan aldrig ser: vad luften gör vid vingspetsen när ett flygplan flyger.

Vad är en winglet?

En winglet är en aerodynamisk yta placerad längst ut på en vinge.

I sin mest igenkännbara form liknar den en liten, nästan vertikal vinge som pekar upp mot himlen.

Men alla winglets ser inte likadana ut.

Vissa är nästan vertikala. Andra är vinklade utåt. Vissa smälter in mycket gradvis i vingens form. Andra har till och med en del som pekar nedåt.

Och vissa flygplan använder en helt annan filosofi: istället för att lägga till en liten vertikal yta förlänger ingenjörerna helt enkelt vingen utåt med en avsmalnande spets.

Det är främst av denna anledning som ordet “winglet” ibland används lite slarvigt för att beteckna alla anordningar som finns längst ut på vingarna.

Airbus använder till exempel namnet Sharklet för vissa av sina vingspetsanordningar, medan man hos Boeing möter blended winglets, Split Scimitar Winglets eller Advanced Technology Winglets på 737 MAX.

Deras form varierar enormt.

Men bakom alla dessa anordningar döljer sig i stort sett samma besatthet:

att göra vingen mer effektiv.

För att förstå winglets måste man först förstå vad som händer vid vingspetsen

När ett flygplan flyger producerar dess vingar lyftkraft.

Utan att gå in på en fullständig kurs i aerodynamik, låt oss bara konstatera att det finns en tryckskillnad mellan vingens två sidor.

Och mitt på vingen fungerar allt relativt bra.

Problemet uppstår vid dess ytterkant.

En verklig vinge är inte oändlig.

Den tar slut någonstans.

Och när luften når denna ände störs flödet. Luften strömmar runt vingspetsen och bidrar till skapandet av en virvelrörelse.

Bakom flygplanet uppstår då kraftfulla virvlar, kallade kantvirvlar.

Du kanske har sett dem utan att ens veta vad du tittade på.

Under vissa fuktighetsförhållanden är det möjligt att se en sorts virvlande strimma bakom vingspetsarna, särskilt under start- eller landningsfaserna.

Dessa virvlar är inte bara spektakulära.

De representerar också en förlust av effektivitet.

NASA förklarar att virvlarna som skapas vid vingspetsarna bidrar till det som kallas inducerat motstånd, eller motstånd kopplat till produktionen av lyftkraft.

Med andra ord har det ett aerodynamiskt pris att få flygplanet att flyga.

Och det är precis detta pris som ingenjörerna försöker minska.

Den verkliga fienden: inducerat motstånd

När ett flygplan rör sig genom luften måste det övervinna olika former av motstånd.

Man kan föreställa sig motståndet som en kraft som ständigt försöker sakta ner flygplanet.

För att bibehålla hastigheten måste motorerna producera tillräckligt med dragkraft för att kompensera för detta.

Ju större motståndet är, desto mer dragkraft måste produceras.

Och ju mer dragkraft som måste produceras, desto mer bränsle förbrukar motorerna vanligtvis.

Det är här de få centimetrarna eller metrarna längst ut på vingen plötsligt börjar bli mycket viktiga.

Det inducerade motståndet är direkt kopplat till produktionen av lyftkraft och de tredimensionella fenomen som uppstår särskilt runt vingspetsarna.

Om man förenklar det kraftigt kan man sammanfatta problemet så här:

vingen producerar lyftkraft → virvlar uppstår → dessa virvlar bidrar till inducerat motstånd → detta motstånd kostar energi.

Flygingenjörer har därför länge försökt begränsa dessa förluster.

Och en av lösningarna består just i att agera på vingspetsen.

Så, hur fungerar egentligen en winglet?

Wingleten ändrar luftflödet vid vingspetsen.

Dess mål är inte att på magiskt sätt få virvlarna att försvinna. Ett flygplan utrustat med winglets fortsätter naturligtvis att skapa kantvirvlar.

Men den gör det möjligt att minska deras effekter och förbättra vingens totala aerodynamiska effektivitet.

NASA sammanfattar principen ganska tydligt: en korrekt utformad winglet minskar intensiteten hos vingspetsvirveln och bidrar därmed till att minska det inducerade motståndet.

Och det är här en av systemets mest intressanta aspekter dyker upp.

Wingleten kan på sätt och vis göra att vingen drar nytta av en större effektiv aerodynamisk spännvidd, utan att kräva exakt samma ökning av spännvidden som en enkel horisontell förlängning.

Detta är viktigt, eftersom en längre vinge också är ett utmärkt sätt att minska det inducerade motståndet.

Så en fråga uppstår omedelbart.

Varför inte bara bygga gigantiska vingar?

Varför bygger man inte mycket längre vingar?

Ur ett rent aerodynamiskt perspektiv är långa och smala vingar mycket intressanta.

Det räcker med att observera ett segelflygplan.

Deras vingar verkar ibland oändliga.

Det är naturligtvis ingen slump.

Ju högre vingens sidoförhållande är, desto mer möjligt blir det att minska det inducerade motståndet. NASA påminner för övrigt om att det sistnämnda minskar när sidoförhållandet ökar.

Så varför har inte en Airbus A320 eller en Boeing 737 helt enkelt vingar som ett segelflygplan?

För att ett flygplan inte bara lever i skyn.

Det måste också fungera… på en flygplats.

Föreställ dig ett ögonblick att man plötsligt ökar spännvidden på alla passagerarflygplan med flera meter.

Vissa skulle inte längre få plats korrekt på sina parkeringsplatser.

Avstånden mellan flygplanen skulle behöva ändras.

Vissa taxibanor skulle bli för smala.

Infrastrukturen skulle behöva anpassas.

Och ju längre en vinge blir, desto mer kan de strukturella påfrestningarna också förändras.

En vinge är inte bara en lätt planka fäst vid en flygkropp. Den tål betydande krafter och innehåller, på många passagerarflygplan, en stor del av bränslet.

Att öka dess spännvidd innebär därför att man måste ta hänsyn till vikt, struktur, böjningslaster, aerodynamik och markdriftsbegränsningar.

Wingleten blir då en sorts elegant kompromiss.

Den försöker uppnå en del av fördelarna med en effektivare vinge utan att öka dess horisontella utrymmesbehov lika mycket.

Några procents bränsle… är det verkligen viktigt?

Det är kanske här winglets blir som mest imponerande.

Anta att en modifiering gör det möjligt att spara bara några procent bränsle.

I skala av din personliga bil kan det verka intressant, men inte revolutionerande.

I skala av ett passagerarflygplan är kalkylen en helt annan.

Ett kommersiellt flygplan kan flyga flera tusen timmar per år.

Sedan börja om nästa år.

Och året efter det.

Under ibland två decennier eller mer.

Multiplicera sedan detta med flera tiotals, eller till och med hundratals flygplan i en flotta.

Plötsligt blir det enormt att spara några procent.

Airbus anger till exempel att deras Sharklets kan ge 4 % eller mer i bränslebesparing i vissa tillämpningar på A320-familjen.

Å sin sida meddelar Aviation Partners Boeing för sina Blended Winglets vinster som kan nå flera procent beroende på uppdrag, med en förbättring av bränsleeffektiviteten under marschfart som kan gå upp till cirka 6 % under vissa förhållanden.

Naturligtvis kan dessa siffror inte tillämpas urskillningslöst på alla flygplan, alla rutter och alla typer av winglets.

Men de visar tydligt varför flygbolagen är så intresserade av dem.

För ett flygbolag är en winglet inte bara en snygg del längst ut på vingen.

Det är potentiellt bränsle som inte behöver köpas under tusentals flygningar.

Varför har winglets så olika former?

Nu när vi känner till deras roll dyker en annan fråga upp.

Om principen fungerar, varför sätter inte ingenjörerna exakt samma winglet på alla flygplan?

För att inom flygteknik kan en lösning som fungerar perfekt på ett flygplan vara mycket mindre intressant på ett annat.

Vingen på en Boeing 737 har inte utformats som den på en Airbus A350.

Hastigheter, massor, struktur, spännvidd, pilform, vingprofil och planerade uppdrag är inte exakt desamma.

Vingspetsanordningen måste därför anpassas till hela flygplanet.

Klassiska winglets

De första lätt igenkännbara modellerna är vanligtvis ganska vertikala ytor.

Boeing 747-400 är förmodligen ett av de mest kända exemplen.

Om du jämför en 747-400 med vissa äldre 747:or, hoppar de små ytorna som står upp längst ut på vingarna omedelbart i ögonen.

Blended winglets

Principen för blended winglet består bland annat i att göra övergången mellan vingen och wingleten mycket mer gradvis.

Istället för att ha intrycket av att en liten vertikal vinge bara har klistrats på änden, möts de två formerna med en mjuk kurva.

Man hittar dem särskilt på många Boeing 737 av tidigare generationer.

Aviation Partners Boeing förklarar att denna gradvisa integration bidrar till att minska motståndet och förbättra prestandan.

Airbus Sharklets

Om du flyger regelbundet har du förmodligen redan sett dem.

Sharklets är de stora uppvikta vingspetsarna som man särskilt hittar på många flygplan i A320-familjen.

De ger omedelbart flygplanet ett modernare utseende, men deras främsta intresse är aerodynamiskt.

Airbus anger att de ökar vingens effektiva spännvidd och minskar det inducerade motståndet.

Split Scimitar och andra dubbla winglets

Och så finns det winglets som verkar ha bestämt sig för att en enda yta inte längre räckte.

På vissa Boeing 737 märker man en stor del riktad uppåt åtföljd av en andra mindre ände riktad nedåt.

Det är särskilt fallet med Split Scimitar Winglets.

Formen är spektakulär, nästan aggressiv, men den svarar även här på en strävan efter att optimera flödet.

737 MAX och dess Advanced Technology Winglets

Boeing 737 MAX driver denna logik ännu längre med en mycket igenkännbar anordning som består av två ytor.

Boeing förklarar att detta system ökar lyftkraften och den effektiva spännvidden samtidigt som motståndet minskar, med en vinst i förbrukning tillskriven wingleten som kan nå cirka 2 %.

Och flygplanen som inte har vertikala winglets?

Det är här ämnet blir särskilt intressant.

För efter att ha läst allt detta skulle man kunna tänka:

« Mycket bra. Om winglets är så effektiva borde alla flygplan ha dem. »

Och ändå är det inte så.

Titta till exempel på vissa moderna flygplan: deras vingspets kan vara mycket lång och avsmalnande utan att bilda det stora vertikala bihang som vi vanligtvis förknippar med ordet winglet.

Det är inte för att deras ingenjörer har glömt problemet.

Det är helt enkelt för att det finns flera sätt att angripa det.

Man kan använda en winglet.

Man kan öka vingens sidoförhållande.

Man kan använda en avsmalnande och förlängd ände, ofta kallad raked wingtip.

Man kan också från början utforma en vinge vars hela geometri är optimerad för att minska förlusterna.

Och det är en väsentlig punkt.

Wingleten är inte en magisk del som man absolut måste lägga till på varje flygplan.

Det är en lösning bland andra.

En winglet har också nackdelar

Om winglets bara hade fördelar skulle frågan snabbt vara löst.

Man skulle installera dem överallt.

Men att lägga till en yta längst ut på en vinge lägger också till vikt och ändrar belastningarna som strukturen tål.

Låt oss ta ett särskilt talande exempel.

Aviation Partners Boeing anger att installationen av winglets på en Boeing 757-200 inte bara innebär vikten av själva winglets, utan också vikten av de tillhörande strukturella modifieringarna.

Detta visar tydligt att operationen inte består i att ta en koldel, skruva fast den längst ut på vingen och börja flyga igen.

När en winglet skapar ytterligare aerodynamiska krafter vid vingens ände, måste dessa överföras till hela strukturen.

Man måste alltså beräkna belastningarna.

Förstärka vissa delar när det är nödvändigt.

Testa.

Certifiera.

Och kontrollera att den erhållna vinsten överstiger kostnaden i massa, komplexitet och underhåll.

En dåligt utformad winglet skulle till och med kunna gå i fel riktning genom att lägga till mer motstånd än den sparar.

Frågan är alltså aldrig:

« Kan man installera den största möjliga wingleten? »

Utan:

« Vilken form ger den bästa kompromissen för just detta flygplan? »

Kan man lägga till winglets på ett gammalt flygplan?

Ja, och det är just det som gör ämnet ekonomiskt intressant.

Vissa flygplan har fått winglets trots att de inte hade några när de kom ut från fabriken.

Man talar då om retrofit.

Föreställ dig ett flygbolag som driver ett flygplan som fortfarande har tio eller femton års karriär framför sig.

Att modifiera flera flygplan representerar naturligtvis en betydande investering.

Men om denna modifiering minskar förbrukningen tillräckligt på varje flygning, kan kalkylen bli intressant på lång sikt.

En engångsutgift idag kan göra det möjligt att spara bränsle under tusentals flygtimmar.

Det är därför vi genom åren har sett många Boeing 737, 757 eller 767 få olika winglet-system.

Men återigen: man kan inte installera vad som helst på vilket flygplan som helst.

Strukturen måste kunna tåla de nya belastningarna och modifieringen måste studeras och certifieras.

Tar winglets bort turbulens i kölvattnet?

Nej.

Och det är en ganska vanlig förväxling.

Eftersom winglets minskar effekterna kopplade till vingspetsvirvlar, skulle man kunna föreställa sig att ett flygplan utrustat med winglets nästan inte skapar någon turbulens bakom sig längre.

Det skulle vara kraftigt överdrivet.

Ett flygplan som producerar lyftkraft fortsätter att generera en cirkulation och kölvattensvirvlar.

En Airbus A380 blir alltså inte plötsligt ofarlig för ett litet flygplan som skulle följa efter det bara för att dess vingspetsar är optimerade.

Procedurerna för avstånd mellan flygplan förblir oumbärliga.

Winglets är utformade främst för att förbättra den aerodynamiska effektiviteten hos flygplanet som bär dem.

Används winglets bara för att spara bränsle?

Förbrukningen är vanligtvis den fördel man talar mest om.

Av en uppenbar anledning: bränsle representerar en betydande utgift för ett flygbolag.

Men att minska motståndet kan ge andra fördelar.

Om flygplanet förbrukar mindre bränsle för att färdas en viss sträcka, kan det förbättra dess räckvidd eller dess förmåga att transportera en viss last.

Vissa konfigurationer kan också erbjuda bättre prestanda under särskilda startförhållanden.

Aviation Partners Boeing citerar till exempel möjliga förbättringar av prestanda, räckvidd och lastkapacitet beroende på flygplan och uppdrag.

Och naturligtvis innebär att bränna mindre bränsle också att producera mindre CO₂ för att utföra ett likvärdigt uppdrag.

Återigen, wingleten förvandlar inte flygplanet radikalt på egen hand.

Men inom kommersiell flygteknik är att ackumulera små förbättringar just ett av de mest effektiva sätten att få prestandan att gå framåt.

Varifrån kommer moderna winglets?

Idén att förbättra vingspetsarna är inte ny.

Ingenjörer har arbetat mycket länge med problemet med inducerat motstånd.

Men utvecklingen av den moderna wingleten är särskilt förknippad med den amerikanske ingenjören Richard Whitcomb, som arbetade vid NASA:s Langley Research Center.

I mitten av 1970-talet studerar och testar Whitcomb olika konfigurationer av nästan vertikala ytor placerade längst ut på vingarna.

NASA anger att hans forskning särskilt påverkades av observationen av det aerodynamiska beteendet hos vingspetsar hos segelflygande fåglar.

Tester i vindtunnel utförs, sedan testas konceptet i flygning.

I slutet av 1970-talet flyger en modifierad KC-135 med imponerande experimentella winglets.

Testerna visar då mätbara minskningar av motståndet, vilket bekräftar att idén inte bara var elegant på papperet.

Några decennier senare räcker det med att titta runt omkring sig på vilken stor flygplats som helst för att mäta hur långt man har kommit.

Varför har inte alla nya flygplan gigantiska winglets?

För att vingens framtid förmodligen inte består i att lägga till allt större vertikala ytor.

Framsteg inom kompositmaterial och aerodynamiska beräkningar gör det idag möjligt att utforma vingar som är mycket tunnare, längre och mer sofistikerade.

Tillverkarna försöker förbättra hela vingen snarare än bara en liten zon.

Moderna flygplan visar för övrigt flera olika filosofier.

På vissa förblir wingleten mycket synlig.

På andra verkar änden nästan förlängas naturligt i en extremt genomarbetad kurva.

Och på framtida flygplan skulle vingarna kunna bli ännu längre.

Utmaningen kommer alltid att vara densamma: att uppnå maximal effektivitet utan att förvandla flygplanet till en strukturell mardröm eller ett flygplan som är omöjligt att parkera på befintliga flygplatser.

Det är i slutändan hela historien om flygteknik.

En ständig kompromiss.

Winglet eller längre vinge: vilken lösning är bäst?

Det finns inget universellt svar.

En längre vinge kan vara extremt effektiv för att minska det inducerade motståndet.

En winglet kan ge en del av denna fördel samtidigt som den begränsar ökningen av spännvidden.

En avsmalnande ände kan vara att föredra på ett annat flygplan.

Och en helt ny vinge kan göra det möjligt att kombinera flera lösningar.

Allt beror på flygplanets uppdrag.

Ett regionalflygplan som utför flera starter och landningar varje dag har inte exakt samma begränsningar som ett långdistansflygplan som tillbringar fjorton timmar i marschfart.

Ett flygplan som måste använda små flygplatser har inte samma begränsningar för spännvidd som ett flygplan utformat exklusivt för stora internationella nav.

Det är därför två flygplan byggda vid samma tidpunkt kan ha helt olika vingspetsar…

samtidigt som de båda är perfekt optimerade för vad som krävs av dem.

📖 Artiklar som kan intressera dig

Vill du lära dig ännu mer om hur flygplan fungerar? Här är några kompletterande artiklar för att fortsätta din upptäckt av flygteknik:

• Hur kan ett så tungt flygplan flyga? — lyftkraft, hastighet, vingform… en enkel förklaring för att förstå hur flera hundra ton kan lämna marken.

• Varför flyger flygplan så högt? — förbrukning, väder, motorprestanda: upptäck varför passagerarflygplan vanligtvis färdas runt 10 000 meters höjd.

• Varför lämnar flygplan vita spår? — förstå hur kondensstrimmorna som syns bakom vissa flygplan bildas.

✈️ Rekommenderade produkter

Älskar du flygvärlden in i minsta detalj? Här är några kollektioner att upptäcka för att förlänga passionen bortom läsningen:

• Modellflygplan — hitta ett urval av skalenliga modeller inspirerade av de mest ikoniska passagerarflygplanen.

• Nyckelring Flygplan — en liten flygteknisk touch att ha med dig i vardagen, perfekt för cockpit- och reseentusiaster.

• Pilotglasögon — en stor klassiker inspirerad av flygvärlden, med denna omedelbart igenkännbara stil.

Slutsats: dessa små vingspetsar är långt ifrån dekorativa

Nästa gång du sitter nära ett fönster, titta på änden av vingen.

Denna lilla yta som pekar upp mot himlen verkar nästan obetydlig jämfört med flygplanets tiotals meter i spännvidd.

Ändå berättar den ganska väl hur det moderna flyget fungerar.

Ingenjörerna letar inte nödvändigtvis efter en spektakulär revolution.

De försöker ibland spara några procent här.

Några kilogram där.

Lite mindre motstånd.

En något lättare struktur.

En något effektivare motor.

Var för sig kan vart och ett av dessa framsteg verka nästan anekdotiskt.

Men multiplicera några procents bränsle med flera flygningar varje dag, flera hundra flygplan och tjugo års drift…

och den lilla aerodynamiska detaljen längst ut på vingen börjar plötsligt väga mycket tungt.

Winglets är alltså inte där för att ge flygplanen ett modernt utseende.

De är resultatet av ett problem som ingenjörerna har försökt lösa sedan flygets begynnelse:

hur producerar vi den lyftkraft vi behöver samtidigt som vi slösar så lite energi som möjligt?

Och det är förmodligen det som gör dem så intressanta.

För bakom denna lilla del som majoriteten av passagerarna inte ens märker döljer sig decennier av forskning, beräkningar, vindtunneltester och kompromisser.

Nästa gång du observerar flera flygplan uppställda framför en terminal, roa dig med att jämföra deras vingspetsar.

Du kommer att se winglets.

Sharklets.

Dubbla ytor.

Avsmalnande vingspetsar.

Och ibland nästan ingenting.

Mycket olika lösningar…

på ett aerodynamiskt problem lika gammalt som flyget självt.

🎬 För att gå vidare: vad används winglets egentligen till?

Du har nu förstått varför dessa små ytor längst ut på vingarna är mycket viktigare än de ser ut att vara. För att visualisera deras funktion och roll i att minska motståndet ännu bättre, här är en video som sammanfattar principen.

FAQ: förstå allt om winglets

Vad används ett flygplans winglets till?

Winglets förbättrar vingens aerodynamiska effektivitet genom att bland annat minska effekterna kopplade till vingspetsvirvlar och inducerat motstånd. Detta kan göra det möjligt att minska bränsleförbrukningen och förbättra vissa prestanda.

Varför är winglets riktade uppåt?

Denna orientering gör att anordningen kan påverka luftflödet vid vingspetsen utan att kräva samma ökning av spännvidden som en helt horisontell förlängning.

Sparar winglets verkligen bränsle?

Ja. Vinsten beror dock enormt mycket på flygplanstyp, anordning och uppdrag. Airbus anger till exempel besparingar som kan nå cirka 4 % eller mer med vissa Sharklets i A320-familjen.

Vad är skillnaden mellan en winglet och en Sharklet?

Sharklet är namnet som Airbus använder för vissa av sina vingspetsanordningar. Den allmänna principen förblir nära den för en winglet: att förbättra den aerodynamiska effektiviteten och minska motståndet.

Varför har vissa Boeing 737 två ytor längst ut på vingen?

Vissa använder Split Scimitar Winglets eller, på 737 MAX, Advanced Technology Winglets. Deras geometri gör det möjligt att mer effektivt utnyttja flödet runt vingspetsen.

Varför har vissa flygplan inga winglets?

För att en winglet inte är det enda sättet att minska inducerat motstånd. En längre vinge, en annan geometri eller en avsmalnande ände kan uppnå ett liknande resultat eller ett resultat som är bättre anpassat till flygplanets begränsningar.

Kan man lägga till winglets på ett gammalt flygplan?

Ja, vissa flygplan har retrofit-program. Men modifieringen kräver en aerodynamisk och strukturell studie samt en lämplig certifiering.

Tar winglets bort turbulens i kölvattnet?

Nej. De kan minska vissa effekter av virvlar, men ett flygplan som producerar lyftkraft fortsätter att generera ett turbulent kölvattenspår.

Relaterade produkter

Kategorier

NyheterModellflygplan: modellflygplan för passagerarflyg och jaktflygplanModellflygplan för passagerarflygInredning/HemFlyginredningFlygnyckelring